34CrNiMo6軸鋁青銅堆焊工藝

崔運(yùn)潮，崔志平

(天津重鋼機(jī)械裝備股份有限公司，天津　300459)

天津重鋼機(jī)械裝備股份有限公司承接的裝船機(jī)應(yīng)用于原煤輸送及裝船作業(yè)，行走系統(tǒng)連接一二級平衡梁和二三級平衡梁之間的軸材料為34CrNiMo6，整機(jī)的設(shè)計(jì)使用壽命為40年，為了提高軸的耐磨性和耐腐蝕性，延長使用壽命，我們采用了在軸的表面堆焊鋁青銅的方法，用以滿足客戶的使用需求。

焊接時(shí)考慮到端部的熔池鐵水不外流，在制作軸時(shí)焊接的端部要留出余量，同時(shí)加工出5 mm的擋邊，這樣更加方便了后續(xù)的焊接。在焊接軸的過程中，由于軸本身直徑較小，普通手工焊很難焊接均勻，使用MIG焊的同時(shí)借助自動(dòng)焊接變位機(jī)和遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)進(jìn)行焊接，可以達(dá)到較為理想狀態(tài)。

1　焊接性能分析

34CrNiMo6屬中碳調(diào)質(zhì)鋼，常用于制造承受較大載荷的軸、連桿等結(jié)構(gòu)件。材料經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后,硬度為36～40 HRC,抗拉強(qiáng)度為1 100 MPa,伸長率為12%,沖擊韌度值為0.8 MPa,對于軸類這種既定截面尺寸的結(jié)構(gòu)件，在調(diào)質(zhì)處理(淬火加回火)時(shí)，如果沿截面淬透，則力學(xué)性能良好，如果淬不透，顯微組織中出現(xiàn)有自由鐵素體，則韌性下降。

1.1母材34CrNiMo6

中碳調(diào)質(zhì)鋼的碳含量較高，同時(shí)含有較多的合金元素以保證鋼的淬透性，因此這類鋼在調(diào)制狀態(tài)下具有較高的強(qiáng)度和硬度。在焊接熱影響區(qū)，特別是焊接熱影響區(qū)的粗晶區(qū)有產(chǎn)生冷裂紋和韌性下降的傾向，宜采用低熱輸入焊接。[1]所以焊接時(shí)，電流、電壓和焊接速度的控制非常關(guān)鍵。母材34CrNiMo6的化學(xué)成分見表1。

1.2堆焊材料SG-CuAl8

鋁青銅焊絲具有優(yōu)異的耐應(yīng)力腐蝕開裂、耐腐蝕疲勞、耐空泡腐蝕、耐沖蝕和抗海生物污損等性能，適用于堆焊耐磨層，經(jīng)技術(shù)分析，可以滿足客戶提出的技術(shù)要求。[2]堆焊材料SG-CuA18化學(xué)成分見表2。

表1　34CrNiMo6的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))　%

表2　SG-CuAl8的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))　%

2　工藝試驗(yàn)

2.1工藝試件的準(zhǔn)備

試件與實(shí)際生產(chǎn)中同爐鍛造，做成與實(shí)際構(gòu)件外形相同的軸，毛坯料機(jī)加工成直徑134 mm、長度500 mm，兩端加工出5 mm的擋邊。

2.2預(yù)熱溫度

采用電爐預(yù)熱，焊前預(yù)熱210 ℃，道間溫度控制在210～300 ℃范圍內(nèi)。焊前及焊接過程中采用測溫筆進(jìn)行實(shí)時(shí)溫度測量。

2.3焊接方法及焊接材料的選擇

采用自動(dòng)焊接變?yōu)闄C(jī)將軸固定在中心處，兩端各持1把焊槍同時(shí)焊接，這樣既加快了焊接速度，同時(shí)減緩了軸焊接過程中的冷卻速度，保證了焊接質(zhì)量。堆焊2層，整體堆焊厚度為5～6 mm，為保證軸的尺寸公差和表面粗糙度的要求，焊后機(jī)加工保留堆焊焊層3 mm，機(jī)加工后進(jìn)行無損檢測UT、PT，均無缺陷。

2.4焊接參數(shù)的選擇

焊接過程中使用的電流、電壓，焊接速度等具體工藝參數(shù)詳見表3。

表3　焊接工藝參數(shù)

2.5無損檢驗(yàn)

按上述工藝方案焊制試件，經(jīng)過外觀檢驗(yàn)后，進(jìn)行磁粉和超聲探傷，試樣檢驗(yàn)合格。

2.6堆焊層的化學(xué)分析

測試標(biāo)準(zhǔn)參照中國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 5121.4—2008和GB/T 5121.27—2008，測試結(jié)果如表4所示。

表4　化學(xué)成分測試結(jié)果(質(zhì)量分?jǐn)?shù))　%

2.7金相組織測試

為了驗(yàn)證堆焊層和母材的熔接性能，對試件進(jìn)行金相組織測試，測試標(biāo)準(zhǔn)參照EN ISO 17639:2013《金屬材料焊縫的破壞性試驗(yàn)-焊縫宏觀和微觀檢驗(yàn)》，評定標(biāo)準(zhǔn)參照 ISO 15614-7:2007《金屬材料焊接工藝規(guī)范和評定 第七部分：堆焊》，顯微鏡下，在熱影響區(qū)域未發(fā)現(xiàn)明顯缺陷，測試結(jié)果參照表5。

表5　金相組織測試結(jié)果

圖1　TJIN1608010839ML-1-1宏觀金相

2.8硬度測試

硬度測試參照標(biāo)準(zhǔn)ISO 15614-7:2007《金屬材料焊接工藝規(guī)范和評定 第七部分：堆焊》，在切割斷面處測量12個(gè)點(diǎn)，測試位置如圖5所示，硬度值測試結(jié)果見表6。

圖2　TJIN1608010839ML-1-1宏觀金相(100×)

圖3　TJIN168010839ML-1-2宏觀金相

圖4　TJIN168010839ML-1-2宏觀金相(100×)

圖5　測試點(diǎn)位置圖

表6　硬度值測試結(jié)果

由硬度測試結(jié)果可以看出，通過堆焊顯著降低了母材的硬度，但由于青銅合金的嵌入性和摩擦順應(yīng)性明顯好于母材，從而使軸的耐磨性顯著提高。

3　結(jié)束語

軸的堆焊可以采用本工藝；焊接過程中必須嚴(yán)格執(zhí)行焊接工藝，以確保焊接質(zhì)量；焊接過程中容易造成熱影響區(qū)的脆化，而且工藝要求采用小熱輸入，因此必須嚴(yán)格執(zhí)行焊接工藝參數(shù)，并且施焊前應(yīng)進(jìn)行針對性的模擬練習(xí)；本工藝可用于其它同類型工程的施工焊接。