細(xì)長(zhǎng)噴水管道的堆焊工藝及變形控制

吳建英

（中信重工機(jī)械股份有限公司焊接工藝研究所，河南 洛陽(yáng)471039）

細(xì)長(zhǎng)噴水管道的堆焊工藝及變形控制

吳建英

（中信重工機(jī)械股份有限公司焊接工藝研究所，河南 洛陽(yáng)471039）

為了提高UM56.4原料立磨設(shè)備的耐磨性，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，對(duì)立磨噴水管道的管套外側(cè)進(jìn)行了耐磨層堆焊。通過(guò)對(duì)不同焊接材料及焊接工藝進(jìn)行的焊接試驗(yàn)，優(yōu)化出合理的焊接材料及工藝參數(shù)，并自行設(shè)計(jì)了焊接變形控制工裝，制定合理的焊接工藝措施，如焊接順序、焊后均勻冷卻等，最終保證了堆焊層硬度53～59 HRC、無(wú)裂紋，且堆焊后焊接變形量單邊小于1.5 mm的技術(shù)要求。檢測(cè)結(jié)果表明，對(duì)總長(zhǎng)2 400 mm，規(guī)格為Φ89 mm×7.5 mm的細(xì)、長(zhǎng)、薄壁立磨噴水管道的堆焊及變形控制達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

焊接；堆焊；硬度；焊接變形；噴水管道

立磨是一種理想的大型粉磨設(shè)備[1-4]，廣泛應(yīng)用于水泥、電力、冶金、化工、非金屬礦等行業(yè)。它集破碎、干燥、粉磨、分級(jí)輸送于一體，生產(chǎn)效率高，可將塊狀、顆粒狀及粉狀原料磨成所要求的粉狀物料。近幾年來(lái)，隨著磨粉機(jī)械研發(fā)技術(shù)的大幅提升，國(guó)外磨粉機(jī)生產(chǎn)企業(yè)的立磨技術(shù)已經(jīng)日臻成熟，立磨產(chǎn)品技術(shù)優(yōu)勢(shì)也日益凸顯。在這種形勢(shì)下，國(guó)內(nèi)磨粉機(jī)生產(chǎn)企業(yè)吸取國(guó)外成功經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行重大技術(shù)改革，也相繼推出了具有自己專利技術(shù)的立磨產(chǎn)品，并逐漸的為國(guó)內(nèi)水泥、電力、化工行業(yè)所接受，成為行業(yè)粉磨首選設(shè)備。

在UM56.4原料立磨[5-7]設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，噴水管道承擔(dān)著給運(yùn)轉(zhuǎn)中的機(jī)體噴水冷卻的功能，間接決定著機(jī)體的使用壽命，在設(shè)備正常運(yùn)行中起著非常重要的作用，這就對(duì)噴水管道的質(zhì)量提出了更高的要求。UM56.4原料立磨設(shè)備為中信重工機(jī)械股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱中信重工）出口緬甸的重點(diǎn)產(chǎn)品，結(jié)構(gòu)特殊，為細(xì)、長(zhǎng)、薄壁結(jié)構(gòu)，堆焊后硬度為53～59HRC且要求無(wú)裂紋，堆焊后焊接變形量單邊小于1.5 mm，堆焊質(zhì)量要求較高。為了獲得高質(zhì)量的噴水管道，查閱堆焊方面的焊接技術(shù)資料[8-10]，成立了QC質(zhì)量攻關(guān)小組，進(jìn)行了相關(guān)的工藝策劃及焊接工藝試驗(yàn)，制定了合理可行的焊接工藝措施，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

1 噴水管道的結(jié)構(gòu)及其制造難點(diǎn)

UM56.4原料立磨設(shè)備噴水管道的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

為了使噴水管道具有更好的耐磨性，設(shè)計(jì)要求在噴水管套上堆焊3～6 mm厚的耐磨層，堆焊后硬度為53～59HRC。由于受中信重工公司現(xiàn)有設(shè)備及條件的限制，無(wú)法采用激光熔敷等焊接工藝方法，只能采用熔化極氣體保護(hù)焊進(jìn)行堆焊。由于堆焊層厚度較薄，且噴水管套材質(zhì)為Q235A低碳鋼，對(duì)堆焊層的稀釋較為嚴(yán)重，從而使堆焊層的硬度很難達(dá)到設(shè)計(jì)要求。另外，技術(shù)要求堆焊后無(wú)裂紋，這又進(jìn)一步增加了堆焊的難度。

由圖1可知，噴水管套內(nèi)徑為74 mm，而與之配合的噴水管噴嘴處尺寸為71 mm，因此，噴水管套在堆焊耐磨層后，其焊接變形量單邊必須小于1.5 mm，否則噴水管無(wú)法進(jìn)入噴水管套。噴水管套長(zhǎng)度約2 400 mm，規(guī)格為Φ89 mm×7.5 mm，屬于細(xì)、長(zhǎng)、薄壁管。這種管型堆焊的焊接變形量控制難度較大，加之受現(xiàn)有設(shè)備及條件的限制，無(wú)法采用激光熔敷等較先進(jìn)的焊接工藝方法，而只能采用熔化極氣體保護(hù)焊進(jìn)行耐磨層的堆焊，使得焊接變形量的控制就更加困難。

圖1 噴水管道結(jié)構(gòu)示意圖

2 焊材選擇及焊接變形量控制

2.1 焊材選擇

為了獲得技術(shù)要求的堆焊層硬度（53～59HRC），保證堆焊后無(wú)裂紋，選擇兩種焊接材料進(jìn)行堆焊試驗(yàn)。焊接時(shí)采用小電流，以減少母材對(duì)焊絲合金元素的稀釋，并盡量采用小的焊接規(guī)范和焊接熱輸入。

2.1.1 ZX－1 Φ1.6 mm 焊絲堆焊

用ZX－1 Φ1.6 mm焊絲對(duì)待焊件進(jìn)行堆焊試驗(yàn)，焊接參數(shù)見(jiàn)表1。焊接時(shí)，為了控制焊接變形，快速降溫，從待焊件另一端送入壓縮空氣進(jìn)行冷卻。第一層堆焊完成后，用砂輪打磨，然后進(jìn)行第二層堆焊。

表1 ZX－1 Φ1.6 mm焊絲堆焊焊接參數(shù)

堆焊完成后，再用砂輪打磨拋光，然后檢測(cè)堆焊層的硬度，結(jié)果普遍為46HRC、47HRC，而技術(shù)要求堆焊層的硬度為53～59HRC，可見(jiàn)，使用ZX－1 Φ1.6 mm焊絲進(jìn)行的耐磨層堆焊是不符合技術(shù)要求的，因此要重新選擇堆焊材料。

2.1.2 ZD5A Φ1.6 mm 焊絲堆焊

用ZD5A Φ1.6 mm焊絲對(duì)待焊件進(jìn)行堆焊試驗(yàn)，焊接參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 ZD5A Φ1.6 mm焊絲堆焊焊接參數(shù)

第一層堆焊完成后，用砂輪打磨，然后進(jìn)行第二層堆焊，兩層合計(jì)堆焊厚度5 mm左右。第二層堆焊完成后，將堆焊件打磨出金屬光澤，然后進(jìn)行硬度和著色檢測(cè)。ZD5A Φ1.6 mm焊絲堆焊打磨及著色后的試件照片如圖2所示。

圖2 ZD5A Φ1.6 mm焊絲堆焊打磨及著色后的試件照片

對(duì)焊件的硬度檢測(cè)結(jié)果表明，硬度普遍為56HRC、57HRC，符合技術(shù)要求的 53～59HRC范圍；著色檢測(cè)結(jié)果表明，堆焊層也沒(méi)有焊接缺陷。

2.2 焊接變形控制

為了控制焊接變形，設(shè)計(jì)并制作了專用的焊接工裝，結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 焊接變形控制專用工裝結(jié)構(gòu)示意圖

為了將焊接過(guò)程中的熱量降低到最小，采用分段退焊的方式，以控制焊接變形，每一段約400 mm，分段退焊過(guò)程如圖4所示。

圖4 分段退焊過(guò)程示意圖

為了防止焊后冷卻不均勻造成的焊接變形，堆焊完成后將管套繼續(xù)放置在轉(zhuǎn)胎上，且保持轉(zhuǎn)胎勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，直至管套冷卻至室溫。

3 堆焊試驗(yàn)及其檢測(cè)結(jié)果

3.1 試驗(yàn)過(guò)程

對(duì)噴水管套原材料打磨除銹，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)胎轉(zhuǎn)動(dòng)速度，確定最佳焊接速度。用ZD5A Φ1.6 mm焊絲對(duì)噴水管套進(jìn)行堆焊，并按工藝要求，采用分段退焊方式進(jìn)行堆焊，以控制焊接變形。

3.2 硬度檢測(cè)

堆焊完成后，采用TH140里氏硬度計(jì)檢測(cè)堆焊層硬度，檢測(cè)硬度均值為56.5HRC，滿足53～59HRC的技術(shù)要求。

3.3 焊接變形量檢測(cè)

用自制工裝進(jìn)行試裝，如圖5所示。試裝結(jié)果表明，自制工裝能夠輕松地裝入堆焊后的鋼管中，說(shuō)明焊接變形量控制的較好，滿足了技術(shù)要求。

圖5 自制工裝試裝實(shí)物照片

4 結(jié) 論

（1）通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)，優(yōu)化出了高硬度無(wú)裂紋的耐磨堆焊材料ZD5A及其焊接規(guī)范參數(shù)，保證堆焊硬度53~59HRC，無(wú)裂紋，滿足設(shè)計(jì)要求。

（2）通過(guò)自行設(shè)計(jì)、制作焊接工裝，并采取合理的焊接工藝，保證堆焊后噴水管套焊接變形單邊小于1.5 mm。

（3）形成了噴水管套堆焊專用工藝，為后續(xù)產(chǎn)品的批量化生產(chǎn)提供了技術(shù)儲(chǔ)備。

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[4]董建峰，孫宇，孫剛.立磨磨輥輥體在線修復(fù)技術(shù)[J].水泥工程，2015（3）：60-61.

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Surfacing Welding Process and Deformation Control of Elongated Spary Pipe

WU Jianying
（Welding Process Research Institute of Citic Heavy Machinery Co.,Ltd.,Luoyang 471039,Henan,China）

In order to improve the abrasion resistance of UM56.4 raw material grinding equipment,prolong the service life of the equipment,the wear-resistant layer surfacing welding was conducted on the outer side of the vertical mill water pipe.Through welding experiments based on the different welding material and welding process,optimized the reasonable welding material and process parameters,and designed the welding deformation control tooling,made reasonable welding process measures,such as welding sequence,uniform cooling after welding etc.,ultimately to ensure the technical requirement,namely the hardness of surfacing welding layer 53~59 HRC,no crack,and welding deformation after welding of unilateral were less than 1.5 mm.Test results showed that the surfacing welding and deformation control of total length of 2 400 mm,Φ89 mm×7.5 mm thin,long,thin wall thickness vertical mill water pipe meet the design requirements.

welding； surfacing welding； hardness； welding deformation； spary pipe

TG404

B

10.19291/j.cnki.1001-3938.2017.09.009

吳建英（1985—），女，工程師，主要從事焊接工藝研究。

2017-04-29

修改稿收稿日期：2017-08-04

編輯：謝淑霞