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      埋弧焊在輥芯修復(fù)過(guò)程中的堆焊工藝研究

      2021-07-06 03:36:08郭太平
      中國(guó)重型裝備 2021年3期
      關(guān)鍵詞:弧焊堆焊軋輥

      郭太平

      (二重(德陽(yáng))重型裝備有限公司,四川618000)

      某單位3CrMoV材質(zhì)的軋輥輥芯在使用過(guò)程中受到損傷,需要修復(fù)后才能正常使用,我公司承接了該輥芯的修復(fù)工作,并成功修復(fù)了該輥芯。

      1 堆焊工藝研究

      1.1 輥芯的焊接性分析

      需要修復(fù)的軋輥輥芯材料為3CrMoV,其化學(xué)成分見(jiàn)表1。

      從表1中可以看出,該輥芯屬于低合金鋼,碳當(dāng)量為1.337,達(dá)到Q345R材料碳當(dāng)量(碳當(dāng)量約為0.43)的三倍。焊接過(guò)程中,隨著碳當(dāng)量的增加,冷裂紋敏感性增大。且該材料中含有一定量的合金元素及微合金化元素,其焊接熱影響區(qū)組織與性能的變化對(duì)焊接熱輸入較為敏感,熱影響區(qū)淬硬傾向增大,對(duì)氫致裂紋敏感性較大。

      表1 3CrMoV輥芯化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù),%)

      為了降低輥芯在堆焊過(guò)程中出現(xiàn)裂紋的風(fēng)險(xiǎn),防止輥芯開(kāi)裂,結(jié)合材料的碳當(dāng)量及合金含量情況,確定堆焊時(shí)的最低預(yù)熱溫度為250℃。

      1.2 堆焊方法的選擇

      按照當(dāng)前工件尺寸,該軋輥輥芯兩端的圓弧面實(shí)際純金屬缺量約50 kg,可采用氬弧焊、焊條電弧焊和埋弧焊三種方法進(jìn)行堆焊。氬弧焊和焊條電弧焊均存在焊接效率低、生產(chǎn)周期長(zhǎng)等缺點(diǎn),無(wú)法滿足產(chǎn)品交貨期要求。埋弧焊在普通平板或?qū)雍缚p的焊接中具有焊接質(zhì)量好、效率高、周期短等優(yōu)勢(shì),但在小直徑的輥芯外表面進(jìn)行堆焊,還是首次進(jìn)行,需要對(duì)焊接工藝參數(shù)進(jìn)行研究。

      為提高生產(chǎn)效率,保證產(chǎn)品交貨期,我們選擇埋弧焊堆焊的方式進(jìn)行輥芯堆焊。

      1.3 堆焊焊材的選擇

      根據(jù)輥芯使用情況,軋輥輥芯兩端的圓弧面是軋輥的裝配配合面,對(duì)尺寸要求很高,在實(shí)際使用過(guò)程中受力不大。

      為降低焊接難度,減小堆焊過(guò)程中出現(xiàn)裂紋的風(fēng)險(xiǎn),在得到用戶認(rèn)可的前提下,選擇焊接性較好的埋弧焊絲CHW-S3,?4.0 mm,匹配焊劑CHF431進(jìn)行堆焊。

      1.4 試驗(yàn)件堆焊

      為掌握3CrMoV材料的堆焊性,結(jié)合實(shí)際余料情況選用比實(shí)際產(chǎn)品外直徑小的實(shí)芯圓棒作為試驗(yàn)件,該試驗(yàn)件待堆焊部位的外直徑為?350 mm。將試驗(yàn)件裝配固定在5T變位器上,用天然氣加熱的方式對(duì)實(shí)驗(yàn)件整體預(yù)熱≥250℃,達(dá)到溫度后再繼續(xù)加熱30 min,使實(shí)驗(yàn)件整體溫度均勻。預(yù)熱溫度達(dá)到要求后,按表2中的參數(shù)進(jìn)行焊接。

      表2 埋弧焊規(guī)范參數(shù)

      由于試驗(yàn)件堆焊部位的外徑很小,第一次堆焊過(guò)程中導(dǎo)致焊接熔池中金屬不斷往外流淌,焊縫無(wú)法成形,堆焊的焊縫見(jiàn)圖1(a)。

      經(jīng)過(guò)分析對(duì)比,試驗(yàn)件堆焊焊縫無(wú)法成形主要是由于堆焊部位的外徑過(guò)小,焊絲熔化形成的熔池來(lái)不及凝固就已旋轉(zhuǎn)到側(cè)面,金屬在重力的作用下往下流動(dòng),形成了圖1(a)中的焊縫形狀。

      圖1 堆焊試驗(yàn)件

      為了解決焊縫成形差的問(wèn)題,需要在堆焊時(shí)增加40~50 mm的偏心量,使熔池有凝固時(shí)間,按照這個(gè)要求進(jìn)行了第二次試驗(yàn)。本次堆焊焊縫成形質(zhì)量較好,基本滿足焊縫要求,見(jiàn)圖1(b)。

      在第三次堆焊試驗(yàn)中,對(duì)偏心量進(jìn)行了微量調(diào)整,偏心量在55 mm時(shí)堆焊成形表面質(zhì)量最好,堆焊區(qū)域及母材均沒(méi)有出現(xiàn)裂紋,如圖2所示。

      圖2 第三次堆焊后的試驗(yàn)件

      2 輥芯堆焊

      本次進(jìn)行堆焊的軋輥輥芯長(zhǎng)度8560 mm,輥面?1310.5 mm,材料為3CrMoV。

      2.1 堆焊范圍的控制

      為保證堆焊后滿足加工要求,堆焊前分別在工件兩端需堆焊部位劃出堆焊邊界線和檢查線。

      2.2 預(yù)熱方式的選擇

      軋輥輥芯整體重量約66 t,軋輥輥芯兩端的圓弧面需要進(jìn)行堆焊,而圓弧面兩端的區(qū)域均為精加工面,在整個(gè)堆焊和加工過(guò)程中不允許有任何損傷,也不能有任何塑性變形。根據(jù)試驗(yàn)件的堆焊情況,輥芯堆焊前的預(yù)熱溫度需要≥250℃,以降低堆焊時(shí)出現(xiàn)裂紋的風(fēng)險(xiǎn),同時(shí)對(duì)輥芯進(jìn)行整體預(yù)熱,減小輥芯變形。

      通過(guò)對(duì)遠(yuǎn)紅外電加熱、整體爐內(nèi)加熱、天然氣加熱三種方案的比較,最終選擇了操作簡(jiǎn)單快捷的天然氣加熱方案。為了克服天然氣加熱溫度不均勻的缺點(diǎn),根據(jù)試驗(yàn)件堆焊情況,制作了專用排管加熱工裝,對(duì)輥芯整體進(jìn)行旋轉(zhuǎn)加熱;同時(shí),為了提高焊接區(qū)域的預(yù)熱速度,從另一側(cè)面分別用專用加熱噴頭對(duì)待堆焊面輔助加熱。加熱過(guò)程中隨時(shí)測(cè)量輥芯溫度,并根據(jù)測(cè)量結(jié)果調(diào)整加熱火焰的大小,以達(dá)到均勻的預(yù)熱效果,見(jiàn)圖3(a)。

      圖3 堆焊的輥芯

      2.3 堆焊

      根據(jù)試驗(yàn)件堆焊情況,此次堆焊工件直徑達(dá)?1000 mm,設(shè)置偏心量為80~90 mm。堆焊過(guò)程中,為減小輥芯的熱量散失,在輥芯圓弧面以外的區(qū)域覆蓋保溫棉進(jìn)行保溫。同時(shí),在焊接過(guò)程中隨時(shí)測(cè)量溫度≥250℃,觀察焊道成形情況,并及時(shí)清理焊渣。堆焊過(guò)程中制作了簡(jiǎn)易的工裝,實(shí)現(xiàn)了圓弧面?zhèn)让娴穆窕『付押福?jiàn)圖3(b)。焊接完成后立即進(jìn)行300~350℃,4 h的消氫處理。

      3 結(jié)束語(yǔ)

      此次采用埋弧焊堆焊完成的輥芯,機(jī)加后的圓弧面經(jīng)PT檢測(cè),堆焊部位無(wú)任何缺陷,質(zhì)量滿足產(chǎn)品要求。與傳統(tǒng)的氬弧焊、焊條電弧焊堆焊相比,既保證了堆焊層的質(zhì)量,又提高了堆焊效率,滿足了產(chǎn)品修復(fù)周期要求。

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