唐立新,鄒 東,朱 寧,伍 兵
(1. 攀鋼礦業(yè)公司密地選礦廠;2.攀鋼信息工程技術(shù)有限公司,四川 攀枝花 617000)
細(xì)破碎機(jī)體磨損挖補(bǔ)的焊接修復(fù)工藝
唐立新1,鄒 東1,朱 寧2,伍 兵2
(1. 攀鋼礦業(yè)公司密地選礦廠;2.攀鋼信息工程技術(shù)有限公司,四川 攀枝花 617000)
本文通過在細(xì)破碎機(jī)的超高錳鋼基體上挖補(bǔ)鑲塊異種高錳鋼焊接時,對高錳鋼的焊接性能進(jìn)行分析,選擇合適的焊接材料和制定合理的工藝措施,成功地焊接了異種高錳鋼的連接縫,保證了焊接質(zhì)量和接頭的性能要求。
異種高錳鋼;焊接;工藝及措施
攀鋼礦業(yè)公司選礦廠有一臺從荷蘭美卓公司進(jìn)口的圓錐型破碎機(jī),機(jī)體材質(zhì)為ZG120Mn17Cr2,厚度為50mm,屬奧氏體超高錳鋼。因生產(chǎn)過程中未及時更換護(hù)板而受到礦石直接沖擊磨損,出現(xiàn)了“穿孔”現(xiàn)象,位置在破碎機(jī)后方的立面,經(jīng)檢查穿孔處周圍被磨損的面積長約1500mm,寬約450mm,為不影響破碎機(jī)正常運(yùn)行,需對磨損面進(jìn)行焊接修復(fù)。因磨損面積較大,直接進(jìn)行表面堆焊難度較大,決定采取挖補(bǔ)方式進(jìn)行修復(fù)。由于我廠沒有相同材質(zhì)和厚度的備品材料,只有選擇我國生產(chǎn)的廢舊破碎機(jī)體材質(zhì)ZGMn13-1(奧氏體高錳鋼)來代替挖補(bǔ)處的鑲塊材料。
(1)高錳鋼是經(jīng)水韌處理后[1],碳全部固溶于奧氏體中,室溫下呈單相奧氏體組織,具有良好的韌性,但當(dāng)重新加熱到250℃ 時,碳就會沿晶界析出碳化物,使材料的韌性大大下降,因此焊補(bǔ)后,在熱影響區(qū)的一個區(qū)段內(nèi)會不同程度析出碳化物,不僅失去韌性變脆,而且還會降低耐磨性和沖擊韌度。所以焊接時應(yīng)控制熱輸入量,加快冷卻速度,縮短在高溫停留時間等,以減少碳化物析出。
(2)高錳鋼的線膨脹系數(shù)是低碳鋼的1.6倍[1],但熱導(dǎo)率僅是低碳鋼的1/6,體積收縮率和線收縮率較大,焊接時會產(chǎn)生很大的應(yīng)力,在S、P等有害雜質(zhì)的共同作用下,易產(chǎn)生焊縫熱裂紋和熱影響區(qū)液化裂紋。焊接時應(yīng)控制焊接材料中的S、P含量,減少熱輸入量和采取降低應(yīng)力等措施。ZGMn13-1高錳鋼的化學(xué)成分和力學(xué)性能表1、表2所示。
表1 ZGMn13-1的化學(xué)成分 (%)
表2 ZGMn13-1鋼的力學(xué)性能
(3)超高錳鋼是在普通高錳鋼成分基礎(chǔ)上通過提高碳、錳的含量發(fā)展而來的[2]。它是錳含量增加到14%~18%的同時,加入1%~3%的Cr和適量的Ti、V、Mo等合金強(qiáng)化元素的超高錳合金。ZG120Mn17Cr2超高錳鋼,也具有良好的沖擊耐磨性,但其成分和性能較ZGMn13-1更特殊,焊接時容易出現(xiàn)碳化物析出和熱裂紋傾向嚴(yán)重的現(xiàn)象,所以焊接工藝和措施較高錳鋼應(yīng)更加要求嚴(yán)格。 ZG120Mn17Cr2超高錳鋼的化學(xué)成分和力學(xué)性能表3、表4所示。
表3 ZG120Mn17Cr2鋼的化學(xué)成分 (%)
(1) 高錳鋼焊接時應(yīng)選擇熱源集中,熱輸入小的焊接方法[1]。常用的有焊條電弧焊、熔化及氣體保護(hù)焊和脈沖焊等,不宜選擇氣焊和鎢極氬弧焊。結(jié)合本廠的技術(shù)情況和現(xiàn)場環(huán)境條件,決定選擇焊條電弧焊方法進(jìn)行焊接修復(fù)。
(2)目前焊接高錳鋼用焊接材料有多種系列[1],如Mn-Ni、Mn-Cr、Cr-Ni、Cr-Ni-Mn系等。根據(jù)破碎機(jī)的使用性能和要求綜合考慮,選擇硫、磷含量低,鉻、鎳、錳含量較高的(Cr-Ni-Mn系)奧氏體鋼焊條Α147,其焊縫金屬具有良好的力學(xué)性能和抗裂性,在沖擊下能迅速被加工硬化。Α147焊條熔敷金屬化學(xué)成分和力學(xué)性能表5、表6所示。
表6 A147焊條熔敷金屬力學(xué)性能
Mn是促進(jìn)奧氏體的形成元素[3],可強(qiáng)化基體,提高強(qiáng)度和耐磨性,與硫化合防止產(chǎn)生脆性。Cr在熔敷金屬中主要是提高耐腐蝕性,提高持久強(qiáng)度與抗蠕變性能,Cr與C的親和力大于Fe和Mn,可減緩?qiáng)W氏體分解速度。Ni與Fe能無限固溶,擴(kuò)大Fe的奧氏體區(qū),是形成和穩(wěn)定奧氏體的主要合金元素,還可降低臨界轉(zhuǎn)變溫度,降低合金元素擴(kuò)散速率。
(1)采用碳弧氣刨將挖補(bǔ)處與鑲塊四周的待連接縫開成U型坡口,預(yù)留間隙4~5mm、鈍邊2~3mm,再用砂輪機(jī)除去表面硬化層。為防止基體受熱后碳化物析出,整個碳弧氣刨過程在縫隙背面進(jìn)行噴水冷卻。
(2) 焊條按規(guī)定進(jìn)行烘干,并放在100℃的保溫筒內(nèi)隨用隨取。
(3)準(zhǔn)備2臺直流焊接電源和多把帶圓頭的小錘(小錘重0.5Kg,圓頭直徑R=5mm)。
(1)焊接過程采用直流反接、小電流、短弧焊[1],在熔合良好的情況下盡量提高焊接速度,以控制熱輸入量。焊接工藝參數(shù)表7所示。
表7 焊 接 工 藝 參 數(shù)
(2)由于鑲塊面積較大,基體較厚,焊接的量也相應(yīng)較大。為控制焊接應(yīng)力和防止應(yīng)力集中,焊縫采取對稱分段退焊的順序,圖1所示,箭頭指向焊接方向。先焊兩側(cè)立焊縫,再焊上下橫焊縫;立焊縫按圖中1、2順序兩側(cè)同時對稱退焊,橫焊縫按3、4、5順序上下同時對稱退焊。
(3)焊縫采取多層多道焊,焊道寬度約為焊條直徑的2~3倍。橫焊時后一焊道應(yīng)壓住前一焊道的1/3,以使焊層表面平展。
(4)在每段焊縫上焊接時的焊道長度不超過70mm或焊完一根焊條的1/3就滅弧噴水冷卻[4],使焊道及周圍的溫度不超過100℃,以防止熱影響區(qū)碳化物析出。
(5)噴水冷卻后,立即用帶圓頭的小錘在焊縫表面進(jìn)行錘擊,達(dá)到布滿麻點(diǎn)為止,使焊縫產(chǎn)生部分塑性變形來抵消焊縫的部分收縮變形,消除焊縫部分應(yīng)力。同時由于敲擊使破碎金屬延展,焊縫擴(kuò)展,表面形成壓應(yīng)力,可防止裂紋的產(chǎn)生。
(6)每焊完一小段焊道噴水冷卻、錘擊后,接著焊接下一段焊縫上的焊道(跳焊),依次類推,完成整個鑲塊焊縫的焊接。
(7)焊接過程中要注意每道間的接頭處應(yīng)錯開20mm左右,收弧時填滿弧坑;焊道與母材的結(jié)合部位應(yīng)熔合良好。
(1)焊接完成后外觀檢查焊縫表面無氣孔、夾渣、咬邊超標(biāo)等缺陷。
(2)焊縫表面及周圍進(jìn)行著色檢驗未發(fā)現(xiàn)有裂紋出現(xiàn)。
(3)最后用角向砂輪機(jī)修磨焊縫表面余高與原焊縫表面齊平并與邊緣熔合處過渡圓滑。
針對超高錳鋼與高錳鋼的異種鋼焊接時,容易出現(xiàn)碳化物析出和熱裂傾向嚴(yán)重的現(xiàn)象,通過選擇鉻、鎳、錳含量較高的具有良好力學(xué)性能和抗裂性的非同質(zhì)焊接材料,結(jié)合采取分段退焊,短段、跳焊順序,焊后噴水冷卻、錘擊等工藝和措施,成功地焊接了超高錳鋼與高錳鋼的連接縫。設(shè)備正常運(yùn)行至今已超過1年多,未發(fā)現(xiàn)焊接接頭出現(xiàn)任何問題,證明此工藝和措施是可行的,也可為其它超高錳鋼或異種高錳鋼的焊接提供一些技術(shù)支持。
[1]中國機(jī)械工程學(xué)會焊接學(xué)會.焊接手冊(第二卷.材料的焊接)[M].北京∶機(jī)械工業(yè)出版社,2001.
[2]魏建軍等. 超高錳鋼錘頭的復(fù)合堆焊修復(fù)研究[J].中國表面工程,2003.2.
[3]龔國尚等.焊工實用手冊[M].北京:中國勞動出版社,1993.8.
[4]丁偉等.鋼軌及高錳鋼轍叉焊工培訓(xùn)教材[M].鐵道科學(xué)研究院金屬及化學(xué)研究所,2004(01).
10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.19.005
唐立新(1972-),男,四川蓬安人,大專,焊工技師,從事焊接技術(shù)及焊接工藝20多年。