四輥破碎機輥子裂紋的焊接修復工藝

作者：admin 發表于： 2018-02-23 09:53

范老師 技術工程師

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1、輥子的焊接性分析

（1）輥子的成分和性能

輥子的材質為ZG35CrMnSi，是中碳調質鋼，屬于Cr-Mn-Si系列鋼材，這種鋼的化學成分如下表1。

一般來講，碳當量為0.4%以下時，鋼材的焊接性良好，不必采取特殊工藝。當碳當量為0.4%～0.6%時，鋼材的焊接性較好，采取適當的預熱措施，一般不會發生缺陷。當碳當量>0.6%以上時，焊接性較差，必須采取較高的預熱溫度和嚴格的工藝措施。

這種鋼退火狀態下的組織是鐵素體和珠光體，調質狀態下的組織為回火索氏體（統稱為回火馬氏體）。Cr - Mn - Si系列鋼材具有回火脆性的缺點，在300℃- 450℃內出現類回火脆性。因此，回火時必須避開該溫度范圍。此外，這類鋼還具有第二類回火脆性，高溫回火時必須采取快冷的辦法，否則沖擊韌性會顯著降低。

（2）焊縫中的熱裂紋

由于輥子材質含碳量和合金含量較高，因此液一固區間較大，偏析也更嚴重，具有較大熱裂紋傾向。因此，焊接時應該考慮可能出現熱裂紋。焊接時，應盡量選用含碳量低的、含硫、磷少的填充材料。因為，熱裂紋易出現在未填滿的弧坑處，特別是在多層焊時層的弧坑中以及焊縫的凹陷部位。在焊接工藝上應注意保證填滿弧坑和良好的焊接成形。

（3）焊縫中的冷裂紋

ZC35CrMnSi鋼種的淬硬傾向十分明顯，冷裂紋傾向較為嚴重。這是由于此鋼種含碳量較高，加入的合金元素也較多，在500℃以下的溫度區間，過冷奧氏體有更大的穩定性所致。另外，此鋼種馬氏體點較低，在低溫下形成馬氏體一般難以產生“自回火”效應，并且由于馬氏體的含碳量較高，有很大的過飽和度，點陣的畸變就更嚴重。因而，硬度和脆性就更大，對冷裂紋的敏感性也更大。焊接時要進行預熱，焊后進行回火處理。

（4）焊縫中的再熱裂紋

焊接修復輥子時采用多層焊道施焊，后焊的焊縫對已完成的焊縫起到再次加熱的作用。因此，必須采取措施防止再熱裂紋的出現。根據有關資料的介紹，再熱裂紋都是產生在焊接熱影響區的過熱粗晶部位，并且具有晶間開裂的特征。母材、焊縫和熱影響區的細晶組織，都不會產生再熱裂紋。同時，較大的殘余應力和應力集中是產生再熱裂紋必不可少的必要條件，二者必須同時存在，否則不會產生再熱裂紋。焊接時，大的焊接線能量會使過熱區的晶粒更加粗大。因此，宜采用小線能量焊接。同時，適當提高預熱、后熱溫度，對防止再熱裂紋的出現有較好效果。

（5）熱影響區的性能變化

此鋼種由于含碳量較高和合金元素較多，有相當大的淬硬性，因而熱影響區的過熱區易產生硬脆的高碳馬氏體。冷卻速度越大，生成的高碳馬氏體越多，脆化也越嚴重。為減少過熱區脆化，從減少淬硬傾向出發，應采用大線能量焊接。但由于修復的輥子尺寸較大(φ900×700)，厚度為100mm，傳熱較快，該鋼種淬硬傾向很大，通過加大線能量法難以避免馬氏體的形成，卻反而增大了奧氏體的過熱和提高了奧氏體的穩定性，促使形成粗大的馬氏體，使過熱區的脆化更為嚴重。因而，決定采取小線能量的焊接方法，并采取焊前預熱和焊后緩冷的措施降低冷卻速度，從而改善熱影響區的性能。

2、修復工藝選擇

（1）焊前準備選用氣焊在裂紋處開V形坡口，角度為60°～70°，并認真清理坡口兩側的油污、鐵銹以及氧化皮，以防止產生氣孔。

（2）焊前預熱由于工件較大，又在現場修復，不能進行整體預熱，故采用局部預熱方法。預熱溫度為300℃- 350℃，預熱范圍為焊縫兩側150 mm以內，并在焊接過程中保持該溫度。

（3）焊接工藝

選用φ4 mm的J857焊條施焊，直流反極性焊接。焊條使用前按規定烘干（350℃- 450℃烘干1h，150℃保溫），隨用隨取。另外注意焊條藥皮有無剝落，焊接時不要采用藥皮受損的焊條。

打底焊時，電流宜小，采用160 A。焊接時焊條不擺動，焊后不錘擊。（可減少母材的熔入率，不錘擊可避免產生根部裂紋）。

以后各層焊道均采用焊接電流180 A，并做鋸齒形運條。每焊完一道焊縫，及時清理熔渣，并進行錘擊，以消除可能出現的焊接應力。

蓋面焊時，焊道要高出母材2-3 mm，焊后不錘擊，以防止出現表面裂紋、表面硬脆。

（4）焊后處理

焊接結束后立即進行回火處理，回火溫度控制在680℃左右。熱處理結束后進行加工，加工方法是現場安裝車刀架，進行切削加工，把焊接修復部位車削至規定尺寸。

3、結束語

我廠的四輥破碎機下部輥子出現裂紋，采取了此種焊接修復方法后，已使用三個月，沒有出現異常，實踐證明，ZC35CrMnSi鋼雖然淬硬傾向較大，但只要采用合理的焊接工藝，進行焊接修復是可行的。