铸铁轴承座断裂修复工艺.doc

铸铁轴承座断裂修复工艺
【摘要】本文介绍了铸铁轴承座的断裂情况，通过对其材料的技术性能、铸铁的可焊性等性能的分析，确定了手工电弧冷焊法的施工方案，并提出了具体的焊接工艺，顺利完成了该工件的修复。
【主题词】铸铁轴承座 修复 工艺
2005年3月，我厂球磨机座发生断裂故障，我承担了其修复任务，由于此部件关系着正常生产，必须一次修复成功。到现场后，分析了其断裂的原因、工件的材质、性能等，认真确定了修复方案。修复后经一年多的运行，现一直运行良好。
轴承座断裂部位为轴承座底板，其断裂位置见图1，图2示意图。

图1 底板断裂示意图 图2 裂口位置
一、原因分析
球磨机轴承座在使用中本身受到的拘束度较大。在球磨机运行过程中受交变荷载作用。工件本身存在制造缺陷，在加强筋边缘与底板连接之处存在应力集中。运行中，由于大拘束力及交变荷载的作用，预应力集中处发生破坏而形成裂纹，逐步扩至筋板处而致发生断裂。
二、修复方案的确定
1、材料的技术性能参数
球磨机轴承座属HT15233铸铁材料。
（1）、HT15233的化学成分见表1
表1 HT15233化学成分 （%）
C
Si
Mn
P
S
2.7~3.5
1~2.7
0.5~1.2
小于0.3
小于0.15
(2)、HT15233的机械性能见表2
表2 HT15233机械性能参数
抗拉强度
抗弯强度
硬度（HB）
延展率
抗冲击值
147N/mm2
323.4N/mm2
163~229
小于0.5%
小于0.8J/mm2
2、铸铁的可焊性分析
铸铁的固有性质及冶金特性给电弧焊带来了极大的困难，具体如下：
（1）、熔化后的铸铁冷却速度快，在热影响区易出现白口组织，焊接时开裂倾向较大。
（2）、铸铁组成成分中，碳的含量高，在焊接过程中易被气化，容易产生气孔。
（3）、铸铁强度高，塑性差，焊接时残余应力大，易产生焊接热裂纹。
（4）、铸铁中C、S、P等元素含量高，并在焊接过程中熔化到焊缝中，会增加金属的硬度，降低塑性和韧性，易产生裂纹，并降低可加工性。
（5）、铸铁在冶炼过程中，易出现石墨粗大化，石墨与基体产生间隙，使铸件在使用过程中油、水渗入形成氧化物，严重阻碍焊接时的熔合，同时增加产生焊接裂纹和气孔的可能性。
（6）、铸铁在焊接熔化时，液态金属流动性差，严重妨碍焊接时的熔合，熔池熔渣和有害气体难以逸出，会在焊缝中产生严重缺陷。
针对以上不利因素，必须从焊接工艺、操作方法、焊接程序、焊接材料几方面加以解决。
3、焊接方法的选择
根据现场情况和技术手段的现状，选用手工电弧焊方法进行修复。
铸铁手工焊接可采用热焊和冷焊两种方法。手工电弧焊是将工件整体加热到600℃~650℃以上开始施焊，焊接过程中工作温度不得低于400℃，焊后马上加热到600℃，以消除应力退火。
球磨机轴承座为2.96t ，且本电厂没有合适的加热设备，故采用手工电弧焊冷焊法修复。冷焊法是指用不预热、严格控制层间温度、小线能量的焊接方法进行焊接。
4、焊接材料的选择
HT15233的可焊性较差且底座的下表面为加工表面，为保证焊接质量及下表面的可加工性宜采用纯镍基焊条Z308进行焊接。但Z308焊条价格昂贵，可采用以Z308焊条焊隔离层、J507焊条与Z308焊条相互填充、Z308焊条盖面的方法进行修复，这样既可降低成本又可保证焊接质量及下表面的可加工性。Z308焊条的机械性能见表3。
表3 Z308焊条的机械性能
焊缝金属的抗拉
强度
对接强度
焊缝硬度
HV
热影响区硬度
HB
不小于245N/mm2
147N/mm2~196N/mm2
130~170
不大于250
5、焊接次序
（1）、裂纹处按非加工面的次序施焊。
（2）、断块处先焊筋板侧，保证焊透，再从另一侧清根、施焊。
（3）、后焊筋板。
三、焊接
焊接前要对所有焊接部位进行彻底清理，清除所有结疤、油污等缺陷因素，然后再开始焊接准备。
1、裂纹处焊接准备
表面清理干净后，用角向抛光机修磨裂纹处至磨出所要求的双U型坡口。修磨时要求消除裂纹倾向，坡口边缘平滑过渡，钝边、间隙以单边能焊透为准。
2、断块处的焊接准备
两块断裂处形状基本规则，表面清理后用角向抛光机将断口按坡口所要求形状、尺寸修磨成双U型坡口，钝边、间隙以单边能焊透、另一侧以清根为准，然后按尺寸在划线平台上将断块与轴承座本体组对、点固。
3、焊接
轴承座焊接敷量较大，为减小焊接应力及焊接变形，保证焊接质量，采用两班工作制，固定高水平焊工施焊。焊接时环境温度保证在20℃以上，夜班如果温度过低则停止焊接。为防止穿堂风，在施焊时搭设围篷以防风保温。焊接时先焊裂纹，然后再焊断块。焊裂纹时先焊两螺丝孔中间的裂纹，焊完后再焊外侧裂纹。
（1）、焊接前，Z308焊条要150℃烘干，J507要250℃烘干，烘干后放入保温桶中保温，随用随取。
（2）、每次焊接时都将焊道放置在水平位置，以利操作。
（3）、焊接时采用短道、快速、不摆条、断续、分散焊法，每段长度不超过30mm，收弧时要填满弧坑。
（4）、焊完一道后马上用小锤锤击整个焊道，以释放焊接应力，锤击速度要快，力量由重减轻。
（5）、严格控制层间温度，每焊完一道必须冷却到50℃以下方可继续施焊。
（6）、打底时采用小熔合比进行焊接，填充焊和盖面焊时可适当放大熔合比。
（7）、清除熔渣后，用五倍放大镜观察无裂纹，再继续下一步焊接。
四、结语
铸铁工件的焊接修复要根据实际情况具体分析，找出其被破坏的原因，从材料的技术性能、可焊性等性能的分析以及现场条件确定合理可行的施工方案和具体的焊接工艺，严格操作程序及保护措施，确保工件的修复质量。