王晉生

(太原重工股份有限公司技術中心，山西030024)

我公司某分廠進口的關鍵設備10 MN水壓機夾緊缸柱塞在使用中由于一些意外的原因，造成夾緊缸柱塞的表面產(chǎn)生拉傷及劃痕。拉傷部位易產(chǎn)生漏油，嚴重時系統(tǒng)不能正常工作，所以必須盡快修復夾緊缸柱塞的拉傷表面。

在整個的修復過程中，首先是要解決45鋼夾緊缸柱塞拉傷表面的焊接問題。由于45鋼的焊接性能較差，其主要問題是容易產(chǎn)生焊接冷裂紋，因此，能否有效的避免夾緊缸柱塞在修復時產(chǎn)生焊接裂紋，是能否修復夾緊缸柱塞的關鍵。

1 夾緊缸柱塞產(chǎn)生拉傷的原因

1.1 磨損

由于10 MN水壓機夾緊缸柱塞長時間做往復運動，造成柱塞的表面出現(xiàn)磨損，使夾緊缸柱塞和密封圈的接觸不均勻，如有外部的細小顆粒粘到柱塞的表面上，隨著夾緊缸柱塞的往復運動帶入密封圈的內部，易造成夾緊缸柱塞的表面拉傷及劃痕。

1.2 腐蝕

10 MN水壓機常常要和酸、堿、鹽等強腐蝕性的介質接觸，而且高溫、高壓、高流速的惡劣工況又強化了腐蝕作用。夾緊缸柱塞金屬的表面因受到介質腐蝕而產(chǎn)生潰瘍、深洼、斑點等局部缺陷。

1.3 液壓油的影響

液壓油中存在高硬質點，工作時帶入磨擦副中產(chǎn)生拉傷。

2 夾緊缸柱塞拉傷表面的修復

本例要修復的夾緊缸柱塞直徑比較大(?560 mm×644.5 mm和?480 mm×812.5 mm兩段)，呈中空型，見圖1。

圖1 10 MN水壓機夾緊缸柱塞示意圖Figure 1 The sketch for the column stopper 10 MN hydraulic press

2.1 夾緊缸柱塞技術要求

10 MN水壓機夾緊缸柱塞的材質為45鋼，具體技術要求為：

(1)鍛件按TZS8350—1990《鍛件通用技術條件》Ⅲ組的規(guī)定檢驗驗收。

(2)粗加工后調質處理硬度為217～255 HBS。

(3)夾緊缸柱塞表面淬火硬度為45～55 HRC，淬硬層深度>1 mm，總重約1 590 kg。

2.2 夾緊缸柱塞焊接性能分析

依據(jù)45鋼碳當量公式CE(IIW)=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15(%)計算得知，45鋼的碳當量為0.63%。當碳當量大于0.45%時材料的淬硬傾向明顯。而45鋼的碳當量如此之高，有相當大的淬硬性，冷裂傾向增大?？梢?，45鋼的焊接性很差，在焊縫的熔合區(qū)容易產(chǎn)生焊接冷裂紋，這就對夾緊缸柱塞焊縫的焊接質量及可靠性提出了更高的要求。能否有效避免夾緊缸柱塞在修復時產(chǎn)生焊接裂紋，是成功修復10 MN水壓機夾緊缸柱塞的關鍵。

2.3 焊接裂紋的預防措施

(1)嚴格焊接工藝紀律

為保證焊縫的熔深，一律采用?4.0 mm的焊條進行打底焊，同時焊縫之間預留一定的間隙，以利于減少夾緊缸柱塞剛性拘束力對焊縫的拉伸應力，從而防止焊縫開裂。嚴格執(zhí)行焊前對焊縫的清理工作。

(2)選擇抗裂性能好的焊接材料

雖然J502(E5003)焊條與J507(E5015)焊條的抗拉強度同屬一級，但后者的抗裂性能及低溫沖擊韌性的保證值均高于前者。實踐證明改用J507焊條后，出現(xiàn)焊接裂紋的情況大為減少。

依據(jù)10 MN夾緊缸柱塞對修復焊縫的要求，采用手工電弧焊時，可以選用抗裂性能較好的J506、J507(或J607)低氫鈉型藥皮的低合金高強度鋼焊條。這些焊條的抗拉強度統(tǒng)屬一個級別，并且有著良好的抗裂性能以及低溫沖擊韌性的保證值，出現(xiàn)焊接裂紋的情況會大為減少。焊前焊條烘焙350℃，保溫2 h。

若選用CO2氣體保護焊時，可選用?1.2 mm焊絲，焊絲牌號為H08Mn2SiA。

CO2氣體保護焊的冶金特點是：CO2氣體保護焊在冶金方面對于油、銹敏感性較低，焊縫金屬擴散氫的含量只有(0.14～1.0)ml/100 g(堿性焊條擴散氫的含量為8 ml/100 g左右)，是一種超低氫的焊接方法；CO2焊接的合金過渡系數(shù)大于手工電弧焊，選用的焊絲牌號為H08Mn2SiA，熔敷金屬屈服強度為380 MPa，韌性儲備較高，抗裂性能強。

(3)選擇合理的焊接順序

針對由于焊接順序不當產(chǎn)生焊接裂紋的現(xiàn)象，適當調整焊層的焊接順序。

選用手工電弧焊進行焊縫的打底焊、填充焊、蓋面焊共三層，每層厚度控制在1 mm～2 mm。

對外圈焊道采用CO2氣體保護焊進行蓋面焊。

可選用點燃火焰噴炬的方法來維持工件的層間溫度≥150℃。

2.4 夾緊缸柱塞修復焊接工藝

由于母材含碳量較高，有相當大的淬硬性，因而在焊接熱影響區(qū)的過熱區(qū)內很容易產(chǎn)生脆化傾向，也增大了焊縫及熱影響區(qū)產(chǎn)生熱裂的可能性。

從以上分析可知，選擇合理的焊接材料和制定合理的焊接工藝參數(shù)尤為重要。焊接時要嚴格執(zhí)行所編制的焊接工藝，并注意施焊環(huán)境要保持清潔。焊縫外表面應無裂紋、氣孔、夾渣、咬邊等缺陷，焊后焊縫表面與基體金屬齊平。焊接工藝參數(shù)見表1及表2。

表1 手工電弧焊焊接工藝參數(shù)Table 1 The manual electric arc welding parameter

表2 CO2氣體保護焊焊接工藝參數(shù)Table 2 The CO2 gas shielded arc welding parameter

2.5 夾緊缸柱塞焊前預熱

焊前預熱可以減慢焊縫及熱影響區(qū)的冷卻速度，有利于避免產(chǎn)生淬火組織，有助于焊接區(qū)氫的逸出，防止產(chǎn)生焊接裂紋。需采用的最低預熱溫度與被焊鋼材的碳以及合金的含量、焊后的熱處理條件有關。所以將預熱溫度定為350℃，升溫速度85℃/h，保溫2 h。預熱區(qū)域以焊縫為中心，兩側寬度至少為100 mm。

2.6 夾緊缸柱塞焊后熱處理

如果焊后不進行熱處理極易產(chǎn)生冷裂紋。

對于材質淬火傾向大的焊件，焊后進行保溫、緩冷處理有利于彌補焊前預熱溫度不足以及層間溫度低所造成的不利影響，是保證焊接質量的重要工藝措施。

要確保焊縫兩側至少100 mm的范圍內后熱溫度達到350℃，保溫2.5 h，然后用石棉被密閉封蓋緩冷至室溫。

3 檢驗

為了確保10 MN水壓機夾緊缸柱塞修復后的可靠性，進行了100%磁粉探傷，未發(fā)現(xiàn)焊縫表面有裂紋、氣孔等缺陷；采用X射線100%探傷，焊縫達到JB 4630—1994標準的Ⅱ級要求。

4 結論

10 MN水壓機夾緊缸柱塞修復焊接工藝，采用手工電弧焊(或CO2氣體保護焊)，焊前預熱，焊后進行熱處理，工藝可行，效率高。夾緊缸柱塞表面強度、表面淬火硬度均滿足圖紙技術要求及使用的要求。

[1] 王文翰.焊接技術手冊.鄭州:河南科學技術出版社，1997.

[2] 李恒等.氣保護藥芯焊絲熔滴過渡的形成及特點.焊接學報，2000.

[3] 殷樹言，邵清廉.CO2焊接技術及應用. 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社，1992.