劉欣,鞏濤
(中冶寶鋼技術(shù)服務(wù)有限公司,上海 200941)
回轉(zhuǎn)窯灰口鑄鐵件不銹鋼焊條冷焊工藝研究
劉欣,鞏濤
(中冶寶鋼技術(shù)服務(wù)有限公司,上海 200941)
本文主要針對寶鋼湛江鋼鐵回轉(zhuǎn)窯上灰口鑄鐵件的不銹鋼焊條冷焊焊接工藝進行了研究。首先對損壞設(shè)備材質(zhì)和焊接性能進行了分析,據(jù)此對焊接方法進行了論證,最終制定了適合回轉(zhuǎn)窯灰口鑄鐵件的不銹鋼焊條冷焊焊接工藝,并通過現(xiàn)場實踐驗證是合理的。
回轉(zhuǎn)窯;灰口鑄鐵;不銹鋼焊條;冷焊;焊接工藝
寶鋼湛江鋼鐵回轉(zhuǎn)窯在安裝過程中,由于施工碰撞導(dǎo)致部分設(shè)備發(fā)生損壞,如加油泵主軸軸套斷裂等(如圖1示)。由于臨近回轉(zhuǎn)窯投產(chǎn)日期,如重新進行設(shè)備采購則存在成本高、周期長等問題,為不影響按期投產(chǎn),檢修方受委托對設(shè)備本體進行焊接修復(fù),由于設(shè)備銘牌上無材質(zhì)標記,也無其他途徑獲取,因此首先需要對設(shè)備材質(zhì)進行辨識后再制定相應(yīng)的焊接工藝。
圖1 斷裂的軸套
灰口鑄鐵(HT)的斷口一般呈暗灰色,其中的碳通常以片狀石墨形態(tài)存在,分布于不同的基礎(chǔ)上,與基體結(jié)合力弱,因此抗拉強度、硬度均較低,且塑性幾乎為零。通過觀察設(shè)備斷口晶粒大小、光澤程度,并進行銼削試驗、聽敲擊聲等方法,判定該設(shè)備材質(zhì)為灰口鑄鐵。
灰口鑄鐵的化學(xué)成分、性能特點見表1、2。
由于鑄鐵焊接性能較差,因此在焊后易出現(xiàn)白口組織和裂紋,而且現(xiàn)場無加熱設(shè)備,故須對設(shè)備斷裂部位進行修復(fù),就必須制定合理的焊接工藝,以保證灰口鑄鐵焊接質(zhì)量。
(1)為改善鑄鐵零件的焊補質(zhì)量,常用的焊接方法有冷焊法、熱焊法[1]:①冷焊法即在焊前不預(yù)熱焊件,焊接過程中也不輔助加熱,其特點是可以改善勞動條件,提高生產(chǎn)率,降低成本,還可以減少因焊件預(yù)熱時受熱不均勻而產(chǎn)生的變形和氧化。但其缺點是,焊接后因焊縫和熱影響區(qū)的冷卻速度大,極易形成白口組織,而且因焊件受熱不均勻常積聚較大的內(nèi)應(yīng)力造成裂紋。②熱焊法即在焊前將焊件焊接區(qū)域全部或局部加熱到600℃左右,在焊接過程中保持一定溫度,焊后緩冷的焊接方法。其優(yōu)點是利于消除白口組織,減少應(yīng)力防止產(chǎn)生裂紋,但缺點是工藝復(fù)雜成本高,作業(yè)時間長且勞動條件差。
表1 灰口鑄鐵的化學(xué)成分
表2 灰口鑄鐵的力學(xué)性能
(2)由于現(xiàn)場實際條件限制,本案無法對設(shè)備進行加熱,因此選擇冷焊法,并需注意:①焊前應(yīng)徹底清理焊件表面油污,坡口形狀要便于焊補操作和減少焊件的熔化量。②采用小直徑焊條時應(yīng)配合小焊接電流,減小熱影響區(qū)的寬度。③采用分段倒退焊法,可以降低拉應(yīng)力。④短焊道焊接。一般每次焊10~40 mm,待焊縫充分冷卻后再焊下一道。⑤在每焊完一段焊道后,用焊工錘沿焊縫向外錘擊以消除應(yīng)力。
4.1缺陷檢查
焊前須徹底檢查鑄件缺陷。本次損壞的設(shè)備除軸套的斷口外,還存在裂紋,為了將隱蔽的裂紋全部找出,采取如下做法:第一,用5~10倍放大鏡檢查出裂紋擴展的最終點。第二,用火焰加熱即熱脹冷縮法將不明顯的裂紋顯示出來。
4.2焊前清理
由于設(shè)備上有油漆、油污、水分等雜物,必須在焊接前徹底清理干凈,否則將嚴重影響焊接質(zhì)量,為此需對坡口表面及兩側(cè)約30 mm以內(nèi)的雜物進行徹底清理,使其露出金屬光澤。
4.3鉆止裂孔
止裂孔可以防止鑄鐵件在焊接中受熱時裂紋繼續(xù)向兩端延伸擴展。本案根據(jù)鑄鐵件厚度,鉆Ф 5 mm止裂孔,孔朝向焊縫一端擴成喇叭口狀,有利于焊接熔合。
4.4焊接場地
選擇室內(nèi)施焊,嚴禁在通風(fēng)處施焊。
4.5坡口型式
坡口開成V型,坡口角度50°~70°,可減少焊接應(yīng)力和裂紋、避免焊道根部剝離。
4.6焊接材料選擇
選擇正確的焊接材料是確保焊接質(zhì)量的關(guān)鍵。隨著鑄鐵的材質(zhì)不同,其內(nèi)部的石墨存在形式和腐蝕滲透也不同。一般鑄鐵焊條價格較高,采購周期較長,而普低鋼電焊條(E4315、E5015等)焊接的焊縫塑性較差,如工藝采取不當(dāng),焊縫易產(chǎn)生裂紋和剝離現(xiàn)象,且施工繁瑣,效率低下[4]。于是采用現(xiàn)場儲備的A102(E308)不銹鋼焊條,其熔敷金屬具有良好的抗裂性能及抗氧化性能,可交直流兩用,具有良好的操作和工藝性能,為及時修復(fù)設(shè)備,決定采用此型號不銹鋼焊條進行焊接,為保證焊縫熔合良好,應(yīng)盡量采用小直徑焊條施焊,本次采用Ф 2.5 mm焊條進行焊接。焊條使用前須進行250~350℃烘干,保溫2 h后放入保溫桶內(nèi)備用。
4.7焊前低溫預(yù)熱
焊前預(yù)熱能均衡焊接區(qū)域的溫度,從而控制白口層,減小焊接應(yīng)力,并可深度清理母材及坡口內(nèi)的油污、水分等雜質(zhì),保證焊縫質(zhì)量。預(yù)熱時用火焰將坡口以及坡口兩側(cè)各100 mm范圍內(nèi)加熱到150℃左右,預(yù)熱要均勻,溫度要勻速上升,不能集中在某一點或區(qū)域上升太快。
4.8焊接電流
當(dāng)焊接電流過大時,焊接區(qū)域溫度上升很快,導(dǎo)致熱影響區(qū)增大,熱應(yīng)力明顯增高,容易出現(xiàn)裂紋和剝離;而焊接電流過小,則會導(dǎo)致母材熔合不好,焊縫強度降低,也容易產(chǎn)生裂紋。因此鑄鐵焊接電流的選擇很重要,必須嚴格掌握大小。
4.9手弧焊手法
手弧焊時的運條手法以直線劃小圈為宜,焊道宜窄且呈直線,不宜寬且不宜用呈月牙或鋸齒等兩邊擺動的運條法施焊。焊接時應(yīng)采用中等弧長,不應(yīng)采用長、短弧。對局部厚度較大處,用窄焊道、多層堆焊法,由底部開始,從兩側(cè)向上焊起,將坡口填滿,這樣能較好地控制和減少焊接應(yīng)力。
4.10焊接溫度控制
控制焊接溫度,做到每段焊縫長度在40~60 mm內(nèi),待焊縫溫度下降到50°~60℃后再焊下一道,不使電弧高溫在某一焊接區(qū)域停留時間過長造成局部溫度過高,才能達到減少焊接應(yīng)力、焊縫剝離和裂紋的目的。
4.11焊接順序
合理的焊接順序能均衡焊接區(qū)域的溫度,減少焊接應(yīng)力,為此本案按照“先短后長”、“先里后外”、“分段退焊”和“分段跳焊”的順序進行施焊。
4.12焊縫高度控制
鑄鐵焊接應(yīng)嚴格控制不使焊縫高于母材的平面,否則就會因焊縫中間收縮而產(chǎn)生較大的應(yīng)力,如果焊縫略低于或平于母材平面,有利于減少焊接應(yīng)力。補焊中應(yīng)填滿弧坑,并嚴禁在焊縫以外因打火引弧而造成弧疤,從而造成焊接應(yīng)力集中。
4.13焊后消應(yīng)
作業(yè)中每焊完一段焊縫,應(yīng)立即用焊工錘錘擊焊肉,可使晶粒拉長、組織細密,消除部分焊接應(yīng)力。
4.14焊接參數(shù)
經(jīng)過現(xiàn)場進行焊接試驗,焊接過程呈最佳狀態(tài)時焊接參數(shù)如表3所示。
表3 灰口鑄鐵焊接參數(shù)
4.15焊接質(zhì)量保證措施
(1)焊工必須持有高級以上的焊工操作證,現(xiàn)場經(jīng)驗豐富。(2)焊接所用電焊機等設(shè)備使用性能必須穩(wěn)定,焊機及其他配件、焊條等必須有產(chǎn)品合格證,焊條使用過程中必須妥善保存。(3)焊接時必須嚴格執(zhí)行制定的焊接工藝及參數(shù),質(zhì)量管理人員必須跟蹤檢查到位。
按照上述焊接工藝進行現(xiàn)場焊接所得到的焊縫及設(shè)備如圖2、圖3所示。
嚴格按照本焊接工藝進行焊接修補后的設(shè)備,經(jīng)過近6個多月的生產(chǎn)過程的使用檢驗,所有焊縫均未發(fā)生二次斷裂。
通過對按照本焊接工藝進行施工所得到的回轉(zhuǎn)窯灰口鑄鐵件焊接接頭進行焊接效果檢查可知,該焊縫具有良好的使用性能,證明本次灰口鑄鐵使用不銹鋼焊條冷焊焊接工藝及其參數(shù)的設(shè)定是正確合理的,對類似灰口鑄鐵件的焊接有一定的借鑒意義。
圖2 現(xiàn)場焊接焊縫
圖3 焊接修復(fù)的設(shè)備之一
[1] 王云程,胡云巖.灰口鑄鐵焊接的現(xiàn)狀及焊接方法的選擇[J].汽車工藝與材料,1997,(11):18-19.
[2] 陳裕川.焊接工藝評定手冊[M].北京:機械工業(yè)出版社,2000.
[3] 中國機械學(xué)會焊接分會:焊接手冊[M].北京:機械工業(yè)出版社,1992.
[4] 王澤光.用普通低碳鋼焊條補焊灰口鑄鐵[J].焊接技術(shù),1999,(3):49.
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