受力框架修復(fù)工藝方案

李成意++劉駿++王麗琴++黃強++張榮剛

摘 要：結(jié)合受力框架（ZG270-500）外形特點，確定了受力框架R160圓角鑄造缺陷的修復(fù)補救工藝，介紹了一種大型鑄鋼件（中碳鋼）堆焊修復(fù)的有效方法。

關(guān)鍵詞：鑄鋼；鑄造缺陷；堆焊修復(fù)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.07.039

1 概述

我公司承接的加工件受力框架（如圖1）重八噸多，是實驗裝置中關(guān)鍵件，粗加工時發(fā)現(xiàn)在4-R160處出現(xiàn)缺陷，經(jīng)無損檢測達不到Ⅱ級鑄件要求。

通過對鑄鋼ZG270-500材質(zhì)焊接性進行分析，其碳當(dāng)量約0.71%，認(rèn)為該材質(zhì)在合理的工藝條件下焊接性能尚可、經(jīng)多方專家論證后，決定對受力框架缺陷區(qū)域堆焊修復(fù)，受力框架鑄件修復(fù)堆焊工藝方法具體如下：

2 堆焊修復(fù)過程

（1）焊接性分析。ZG270-500因鑄件內(nèi)部組織與鍛件相比較為疏松，焊接時容易產(chǎn)生焊接缺陷，因此焊前先用受力框架鑄件同爐澆鑄的試塊做焊接工藝評定（焊接接頭力學(xué)性能試驗即抗拉、彎曲），實驗合格后按焊評參數(shù)再對受力框架4-R160圓角進行堆焊修復(fù)。

（2）焊前準(zhǔn)備工作。焊前檢查：制做焊前檢查樣板，并在零件補焊區(qū)域做好標(biāo)記。焊前清理：砂輪或旋轉(zhuǎn)挫將補焊區(qū)域毛刺、銳角、飛邊清理干凈并做磁粉或著色表面檢查，要求表面無裂紋為合格；丙酮清洗，去除補焊區(qū)域及附近（大于補焊區(qū)域20-30mm）的油漬、銹及臟物施焊焊工必須應(yīng)持有國家勞動部門頒發(fā)的焊接資格證書，且經(jīng)驗豐富。施焊所需設(shè)備及工具：半自動CO2焊機 NBC-500（2臺），氧乙炔瓶、表、手持式氧乙炔割槍一套，CO2氣瓶若干（備用），電加熱盤（帶溫控）一套，紅外測溫儀、砂輪機、電挫各一把，碳弧氣刨一套，石棉保溫材料若干、焊后余量檢查樣板、扳子、小鉗子、手錘（0.45-0.67Kg錘的端頭帶有R3-5mm圓角）。在工件兩側(cè)點焊兩塊擋板保護兩側(cè)面，注意：在補焊區(qū)域內(nèi)點焊牢固，補焊完成后再機加工掉。

（3）堆焊修復(fù)工藝。焊前用電加熱盤預(yù)熱至150-200℃（并覆蓋巖棉），注意預(yù)熱范圍適當(dāng)擴大一些，且預(yù)熱時溫升必須緩慢且均勻（約60-100℃/h），以避免出現(xiàn)裂紋和變形。

焊接采用CO2氣體保護焊，￠1.2 ER50-6焊絲 電流150-170A，電壓20-25V，氣體流量20-25L/min（CO2要求使用滿瓶氣體，使用過程中氣體不少于1/4），保證焊接熱輸入在 18-22KJ/cm。（要求同焊評參數(shù)一致）

對于每道焊縫應(yīng)連續(xù)均勻焊接，如果有接頭則每個接頭要搭接20mm左右，每個接頭要相互錯開，前后間距≥20mm，且受力框架每個R160圓角要求一次性堆焊完成（中間不允許間斷），以確保其有合適的層間溫度（層間溫度≥200℃），如補焊過程中層間溫度低于200℃，可用手持式氧乙炔割槍對補焊區(qū)域局部均勻加熱至200℃以上。焊接時進行小節(jié)距擺動，力求每道焊縫都薄且窄以減少熱輸入和融合比。多層多道施焊，每層要求均勻施焊，每一層焊完后立即用手錘錘擊焊道，直至將焊道表面打出均勻的密密麻麻的錘擊坑為止，以促進應(yīng)力釋放和減小焊接變形，注意底層的打底焊道和表層焊道不允許錘擊，以避免金屬冷作硬化。 施焊過程中焊縫中不允許出現(xiàn)裂紋、未融合、夾渣、氣孔等焊接質(zhì)量的缺陷，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)應(yīng)立即用砂輪或電挫（必要時用碳弧氣刨）進行清理干凈，才能繼續(xù)施焊。 焊縫與母材邊緣結(jié)合處焊接電流一定要小仔細(xì)焊接，防止出現(xiàn)咬邊。堆焊處都應(yīng)高出母材20-30mm保證加工余量，利用預(yù)制的余量檢查樣板檢R160圓角堆焊余量是否達到要求。施焊操作過程每步必須嚴(yán)格監(jiān)督檢查，確保焊接質(zhì)量合格。

（4）焊接注意事項。施焊時要用引弧板引弧，避免電弧擦傷；注意第一層打底焊縫應(yīng)采取小電流，窄道焊避免產(chǎn)生較大應(yīng)力。堆焊時天車起重配合將受力框架翻轉(zhuǎn)使補焊區(qū)域處于船型焊或平焊位置。焊接時必須使用滿瓶CO2氣體，且在使用過程中保證瓶中氣體不少于1/4，以減少氣體中水份，避免氫致裂紋出現(xiàn)，焊接過程中若發(fā)現(xiàn)焊絲表面有銹跡，應(yīng)更換焊絲（或者將銹蝕焊絲剪掉）后方可進行焊接。嚴(yán)禁在空氣對流的場所進行補焊，風(fēng)速< 1m/s以下，否則應(yīng)進行防風(fēng)措施。

焊接過程中電流大小一定要調(diào)整適宜，應(yīng)時刻關(guān)注熔池中的液態(tài)熔渣覆蓋熔池一半左右為宜，決不可低于三分之一，因為焊接過程中熔化的液態(tài)金屬中含有各種氣體，這些氣體借著覆蓋的液態(tài)熔渣保護液態(tài)金屬緩緩凝固，以便各種氣體向外逸出。

3 焊后處理

（1）焊后熱處理：對堆焊區(qū)域用電加熱盤進行焊后熱處理，溫度控制在≥300℃，保溫不少于8小時（利于擴散氫溢出，避免出現(xiàn)氫致延遲裂紋），然后使其緩慢冷卻。

（2）待工件冷卻至室溫后用砂輪將焊縫修光磨平， 24小時后再進行進行磁粉（或著色）+超聲波探傷檢查，焊縫質(zhì)量達到Ⅱ級后進行下道工序。

（3）劃線檢查補焊區(qū)域的加工余量，保證補焊處加工后不能出現(xiàn)黑皮、氣孔、夾渣等。

4 結(jié)語

采取上述補焊工藝方法對受力框架堆焊修復(fù)，經(jīng)無損檢測補焊區(qū)域達到了Ⅱ級以上（部分達到Ⅰ級焊縫），完全達到設(shè)計要求，以最小代價挽救了受力框架鑄件，為公司避免了報廢該鑄件帶來的經(jīng)濟損失。通過本案例得出：焊補中碳鋼時焊前對補焊區(qū)域清理、嚴(yán)格控制補焊時的溫度、焊材的選擇、焊接速度、合適的電流、正確的焊接工藝以及焊工細(xì)心焊接是獲得良好焊縫的關(guān)鍵。

作者簡介：李成意（1983-），男，河南洛陽人，助理工程師，研究方向：非標(biāo)設(shè)計、工藝。