800 t 自由鍛造液壓機(jī)主油缸開裂修復(fù)過程探討

李德順

（貴州航天新力鑄鍛有限責(zé)任公司，貴州遵義 563000）

1 問題

2019 年8 月7 日，貴州航天新力鑄鍛有限責(zé)任公司800 t自由鍛造液壓機(jī)主油缸在加壓時(shí)有漏油現(xiàn)象。需要立即到現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)主油缸漏油原因，并制定解決方案。

由于該設(shè)備是公司的關(guān)鍵設(shè)備，停機(jī)意味著對(duì)公司的整個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)將產(chǎn)生重大影響，因此，維修部門立即派相關(guān)人員攜帶超聲波探傷儀器到現(xiàn)場(chǎng)了解具體損壞情況。經(jīng)目測(cè)及超聲波探傷，確認(rèn)主油缸產(chǎn)生了長300 mm 左右的貫穿性裂紋，設(shè)備無法再進(jìn)行生產(chǎn)作業(yè)，必須立即停機(jī)，以免加大裂紋長度，造成更嚴(yán)重的損壞。

2 維修方案

向公司上層領(lǐng)導(dǎo)匯報(bào)了具體損壞的情況，公司領(lǐng)導(dǎo)組織鍛造制造部、焊接工藝部、設(shè)備管理部討論具體的維修方案。得出2 個(gè)維修方案：一是更換主油缸；二是拆下主油缸進(jìn)行焊補(bǔ)修復(fù)。

3 維修方案分析

3.1 焊補(bǔ)修復(fù)

800 t 自由鍛造液壓機(jī)主油缸結(jié)構(gòu)如圖1 所示。該油缸由筒體和封頭兩部分對(duì)焊組成，總重10 t，材料為20MnMo。生產(chǎn)工藝：鋸?fù)搀w及封頭的坯料（帶鋸床）→坯料加熱（鍛造加熱爐）→鍛造筒體及封頭毛坯（自由鍛造液壓機(jī)）→毛坯隨爐空冷（鍛造加熱爐）→毛坯檢驗(yàn)（超聲波探傷）→對(duì)缺陷進(jìn)行修補(bǔ)→筒體及封頭分別粗車成形并開雙面焊接坡口，需精加工部分留適當(dāng)余量，其余加工到零件尺寸（立式車床或臥式車床）→筒體和封頭加熱，保溫，使筒體及封頭溫度內(nèi)外均勻（臺(tái)車式加熱爐）→筒體及封頭焊接（手工電弧焊，焊條選用507，焊機(jī)為直流焊機(jī)）→焊后立即進(jìn)爐退火去應(yīng)力處理（臺(tái)車式加熱爐）→精加工到零件尺寸→無損探傷（超聲波及著色探傷）→對(duì)缺陷進(jìn)行修復(fù)→無損探傷合格→水壓試驗(yàn)合格（水壓試驗(yàn)臺(tái)）→裝配。

從圖1 可以看出，該零件為一端封閉的圓柱形筒體，壁厚最大部分270 mm，其余部分165 mm，深度1700 mm，材料為20MnMo。從工藝角度分析，主油缸由于深度較大，鍛造成整體，內(nèi)孔車床是無法加工出來的。如果車床刀桿伸出1700 mm 進(jìn)行內(nèi)孔的車屑加工，刀桿必然會(huì)產(chǎn)生巨幅振動(dòng)，內(nèi)孔無法加工成形。必須將主油缸分成兩段制造，然后對(duì)焊成形。而選用的材料20MnMo 是低碳合金鋼，焊接性能較好，焊接質(zhì)量容易保證。從該零件生產(chǎn)工藝流程可知，零件本身就是焊接件，只要控制好焊接工藝，可以焊補(bǔ)修復(fù)，節(jié)省成本和時(shí)間。

3.2 更換主油缸

從更換主油缸的角度分析：其一，該主油缸從設(shè)備廠家購買，單個(gè)價(jià)格24 萬元，生產(chǎn)周期85 d，其中不含運(yùn)費(fèi)及運(yùn)輸時(shí)間，加上運(yùn)費(fèi)應(yīng)為25.5 萬元左右，貨到時(shí)間為95 d；其二，公司自己加工生產(chǎn)。生產(chǎn)成本10 萬元，生產(chǎn)周期85 d。采用第二個(gè)方案，雖然可以節(jié)省15.5 萬元，交貨周期減少10 d，整個(gè)停產(chǎn)時(shí)間仍為115 d，其間將會(huì)造成大量的合同無法按時(shí)交貨，嚴(yán)重影響公司的信譽(yù)，給公司造成的損失無法估量。

圖1 主油缸結(jié)構(gòu)

4 確定維修方案

4.1 修復(fù)焊接維修方案

考慮到公司生產(chǎn)任務(wù)緊張，為早日恢復(fù)生產(chǎn)，公司領(lǐng)導(dǎo)采納了焊補(bǔ)維修的方式，并制定了維修方案。焊接工藝部制定的修復(fù)焊接工藝：上數(shù)控龍門銑床銑掉所有缺陷（數(shù)控龍門銑床）→主油缸預(yù)熱到350 ℃保溫4 h 使缸體內(nèi)外溫度均勻（臺(tái)車式電阻加熱爐）→焊接（采用直流焊機(jī)手工電弧焊，焊條選用507 焊條，焊前對(duì)焊條預(yù)熱烘干，當(dāng)主油缸溫度低于150 ℃時(shí)停止焊接，進(jìn)爐加熱）→主油缸焊接完后立即進(jìn)爐退火去應(yīng)力，加熱溫度為550 ℃，保溫4 h 隨爐空冷，溫度低于100 ℃時(shí)出爐（臺(tái)車式電阻加熱爐）→上數(shù)控龍門銑床銑出外形（數(shù)控龍門銑床）。

4.2 維修過程

經(jīng)過10 d 時(shí)間，將主油缸拆下。然后上龍門銑床銑去所有缺陷，用時(shí)1 d。接下來是主油缸的加熱和焊接工作。當(dāng)主油缸加熱好后即將開始焊接時(shí)，焊接工藝部主管工藝師為了減少焊接時(shí)間，根據(jù)缺陷形狀，填埋了一塊長300 mm，寬30 mm，厚30 mm 的A3 鋼板。由于該鋼板的填入，使得鋼板的底部，側(cè)面均無法焊接得到，而底部恰恰為缸體內(nèi)部受壓最薄弱的地方，因此在這個(gè)地方最容易產(chǎn)生變形，也最容易產(chǎn)生裂紋。當(dāng)時(shí)雖有反對(duì)意見，但并未得到認(rèn)可，因此按此方法執(zhí)行，而其余工藝都按事先編制的工藝執(zhí)行。通過28 d 的搶修，將主油缸焊好并于2019 年9 月3 日恢復(fù)生產(chǎn)。

維修后設(shè)備使用30 d 后，主油缸又發(fā)生了開裂漏油。通過現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)，發(fā)生泄漏的位置正是填埋鋼板的地方。經(jīng)在場(chǎng)的相關(guān)人員討論決定不需要將缸體整體拆下，只需在設(shè)備上將缸體滲漏的地方清除掉部分裂紋，對(duì)表面進(jìn)行焊補(bǔ)修復(fù)即可。因?yàn)楹秆a(bǔ)表面，只能將表面的裂紋掩蓋，內(nèi)部的裂紋并未清除掉，會(huì)向其他地方擴(kuò)展，在其他地方產(chǎn)生裂紋。錯(cuò)誤的補(bǔ)救方法又耗時(shí)5 d將主缸修復(fù)裝上，但設(shè)備只用了一天，滲漏就再次發(fā)生。

由于前兩次修復(fù)后都發(fā)生了泄漏，大家對(duì)焊補(bǔ)是否能修復(fù)這一缺陷產(chǎn)生了懷疑，絕大部分參與維修的人員都希望更換新的主油缸，但又無法接受幾個(gè)月的停產(chǎn)事實(shí)，于是對(duì)主油缸進(jìn)行第三次修復(fù)。

修復(fù)前制定了更為嚴(yán)格而周密的修復(fù)工藝：主油缸銑去所有缺陷（數(shù)控龍門銑床）→主油缸預(yù)熱到350 ℃保溫4 h，使內(nèi)外溫度均勻（臺(tái)車式電阻加熱爐）→采用直流焊機(jī)手工電弧焊，焊條采用507，焊前焊條進(jìn)行烘烤，電焊工抽調(diào)具有高級(jí)焊工證的人員進(jìn)行焊補(bǔ)（第一次修復(fù)就沒有強(qiáng)調(diào)這點(diǎn)）。當(dāng)主油缸溫度低于150 ℃時(shí)停止焊接，進(jìn)爐重新加熱，溫度為350 ℃→焊后立即進(jìn)爐去應(yīng)力退火，加熱溫度550 ℃，保溫5 h 隨爐空冷，降到100 ℃時(shí)出爐→加工去除焊接多余材料（數(shù)控龍門銑床）→缸體內(nèi)腔整體打磨光滑，粗糙度3.2 μm（第一次修復(fù)未采納）→無損探傷：先對(duì)整個(gè)主油缸進(jìn)行超聲波探傷，然后對(duì)內(nèi)腔整體進(jìn)行著色探傷（第一次沒有對(duì)整個(gè)主油缸進(jìn)行無損探傷，因?yàn)樘盥窳艘粔K鋼板，超聲波探傷無法判斷內(nèi)部缺陷，只對(duì)焊接部分作了表面著色探傷）→打磨缺陷，淺的缺陷直接打磨去除，深的缺陷作小面積焊補(bǔ)，焊前局部預(yù)熱，焊后加熱保溫，然后打磨光亮→再進(jìn)行探傷，直至無缺陷為止。經(jīng)過1 個(gè)月的拆卸，焊補(bǔ)，安裝，才將整臺(tái)800 t 自由鍛造液壓機(jī)恢復(fù)到位。

5 結(jié)語

2019 年12 月3 日，800 t 自由鍛造液壓機(jī)恢復(fù)了生產(chǎn)，正常運(yùn)行至今，說明嚴(yán)格遵守焊接工藝流程的修復(fù)工作取得了成功。通過維修不但對(duì)當(dāng)前的缺陷進(jìn)行了修復(fù)，而且對(duì)鍛造液壓機(jī)主油缸進(jìn)行了一次全面的“體檢”，排除了缺陷和隱患?？茖W(xué)合理的修復(fù)工作，保證了主油缸長周期穩(wěn)定運(yùn)行，使設(shè)備的使用壽命能夠達(dá)到設(shè)備的設(shè)計(jì)壽命。