冶金設(shè)備50CrMo支撐輥表面裂紋的焊接修復(fù)工藝研究

天津賽瑞機(jī)器設(shè)備有限公司 （300301） 張貴芳 王天德

1. 概述

我公司是大型無(wú)縫管生產(chǎn)基地，在長(zhǎng)期的生產(chǎn)過(guò)程中，經(jīng)常遇到各種冶金設(shè)備的焊接修復(fù)任務(wù)，由于50CrMo支撐輥具有較高的強(qiáng)度、硬度及耐蝕性能，足以抵抗熱軋過(guò)程中高溫及冷卻媒介的腐蝕，所以在冶金行業(yè)廣泛使用。但它的碳當(dāng)量高，焊接性能較差，所以輥?zhàn)拥谋倔w一旦產(chǎn)生裂紋需要焊接修復(fù)時(shí)比較困難。如果選擇報(bào)廢，既影響正常的生產(chǎn)，又增加了企業(yè)成本。通過(guò)我們對(duì)支撐輥裂紋的分析，制定出合理的焊接工藝，圓滿(mǎn)地完成了焊接修復(fù)任務(wù)。支撐輥總長(zhǎng)1310mm ， 最大直徑700mm，輥?zhàn)又虚g V形處直徑580mm。

2. 裂紋分析

由于交貨的鑄件在制造過(guò)程中緩冷效果不良，鋼材內(nèi)外組織和性能存在不均勻差異，或在鍛造加熱時(shí)加溫速度過(guò)快，造成支撐輥在機(jī)械加工前輥?zhàn)颖旧泶嬖趹?yīng)力，在加工時(shí)破壞了支撐輥原有力的平衡，加上鑄造過(guò)程中輥?zhàn)哟嬖陔s質(zhì)，所以在機(jī)械加工過(guò)程中容易在輥?zhàn)又虚gV形處產(chǎn)生應(yīng)力集中或沿輥?zhàn)颖砻骅T造時(shí)非金屬雜質(zhì)處開(kāi)裂，粗加工過(guò)程中出現(xiàn)裂紋如附圖所示。支撐輥的材質(zhì)為50CrMo，屬中碳調(diào)質(zhì)鑄鋼，其化學(xué)成分如表1所示，力學(xué)性能如表2所示。

粗加工產(chǎn)品

表1 50CrMo化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

表2 50CrMo力學(xué)性能

3. 焊接難點(diǎn)

（1）焊接裂紋 ①由于50CrMo屬中碳調(diào)質(zhì)鋼，其含碳量較高，焊后如果焊縫冷卻速度過(guò)快，接頭易產(chǎn)生淬硬組織，使接頭的組織和性能變差，在焊縫收縮應(yīng)力的作用下易產(chǎn)生裂紋。②支撐輥的剛性較大，焊接時(shí)接頭將產(chǎn)生較大的拘束應(yīng)力，當(dāng)它超過(guò)焊縫所能承受的塑性極限時(shí)將產(chǎn)生裂紋。③由于氫在焊接時(shí)易產(chǎn)生氫脆、白點(diǎn)、冷裂紋，所以焊接前后如果不能很好地去除或減少輥?zhàn)又械臍?，焊后易產(chǎn)生冷裂紋。

（2）焊接對(duì)支撐輥硬度的影響 ①由于50CrMo具有較高的強(qiáng)度、硬度及明顯的淬硬傾向，所以焊接接頭會(huì)產(chǎn)生不同硬度的區(qū)域。②焊縫的熔敷金屬不但起到修復(fù)支撐輥裂紋的作用，而且在輥?zhàn)庸ぷ鬟\(yùn)行時(shí)與它周?chē)饘偻瑯悠鸬綄?duì)鋼管的支撐作用，如果接頭的硬度過(guò)高或過(guò)低都將使支撐輥在使用一段時(shí)間后，焊縫周?chē)厝酆暇€產(chǎn)生凸起或下凹的現(xiàn)象，易產(chǎn)生裂紋。所以焊縫接頭金屬的硬度要與母材相符。

4. 修復(fù)工藝的確定

（1）焊材的選擇 主要依據(jù)支撐輥的使用環(huán)境、強(qiáng)度及硬度等。依據(jù)50CrMo的化學(xué)成分及力學(xué)性能。我們選擇的焊條是J107Cr，對(duì)應(yīng)的型號(hào)為E10015-G(GB)，屬于低氫鈉型低合金高強(qiáng)度焊條，采用直流反接，可全位置焊。適用于抗拉強(qiáng)度相當(dāng)于980MPa的低合金高強(qiáng)度鋼的焊接。熔敷金屬的化學(xué)成分及力學(xué)性能如表3、表4所示。

（2）預(yù)熱的目的及溫度確定 ①預(yù)熱能降低焊縫與周?chē)饘俚臏夭?，減少焊縫的收縮量，從而減小焊接應(yīng)力，避免產(chǎn)生裂紋。②能降低焊縫的冷卻速度，避免因焊縫冷卻過(guò)快而產(chǎn)生淬硬組織使接頭的組織和性能變差。③通過(guò)焊前預(yù)熱可使支撐輥中的氫變得活躍得到釋放，避免產(chǎn)生冷裂紋。

表3 J107Cr熔敷金屬化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

表4 J107Cr 熔敷金屬力學(xué)性能

根據(jù)母材的化學(xué)成分及工件的厚度通過(guò)預(yù)熱經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，50CrMo支撐輥表面裂紋焊接修復(fù)的預(yù)熱溫度為350～400℃。

5. 焊接過(guò)程

（1）焊前準(zhǔn)備 焊前準(zhǔn)備直流弧焊機(jī)，把J107Cr電焊條放入烘干箱加熱350℃，保溫2h。用角向砂輪根除支撐輥表面的裂紋，為避免應(yīng)力集中而選擇V形坡口。坡口修磨后應(yīng)做PT探傷檢測(cè)。

（2）預(yù)熱 把支撐輥放入電爐中加熱，加熱的上升溫度應(yīng)控制在50～60℃/h。為使支撐輥熱透，根據(jù)它的輪廓尺寸計(jì)算保溫時(shí)間≥12h。

（4）焊接 選用φ2.5～φ3.2mm，J107Cr電焊條對(duì)預(yù)熱后的支撐輥進(jìn)行施焊，為減小焊接應(yīng)力，焊接時(shí)盡量選用較小的熱輸入，填充過(guò)程中每焊完一層都要用帶有圓錐形的鐵錘對(duì)焊縫進(jìn)行敲擊，使焊縫表面得以伸展。層間溫度≥300℃。焊后應(yīng)進(jìn)行880℃油淬及520℃回火空冷調(diào)質(zhì)處理，消除焊件的殘余應(yīng)力，使組織均勻化。

（5）焊后檢測(cè) 通過(guò)對(duì)精加工后支撐輥焊接部位MT檢測(cè)，未發(fā)現(xiàn)焊接缺陷，硬度測(cè)試合格，焊接修復(fù)獲得成功。

6. 結(jié)語(yǔ)

由于50CrMo支撐輥剛性大、強(qiáng)度高、淬硬傾向明顯，所以焊接時(shí)易產(chǎn)生裂紋。選擇合理的焊材、焊前預(yù)熱，以及焊后熱處理是保證焊接成功的關(guān)鍵。