劉欣，鞏濤

（中冶寶鋼技術(shù)服務(wù)有限公司，上海 200941）

回轉(zhuǎn)窯灰口鑄鐵件不銹鋼焊條冷焊工藝研究

劉欣，鞏濤

（中冶寶鋼技術(shù)服務(wù)有限公司，上海 200941）

本文主要針對(duì)寶鋼湛江鋼鐵回轉(zhuǎn)窯上灰口鑄鐵件的不銹鋼焊條冷焊焊接工藝進(jìn)行了研究。首先對(duì)損壞設(shè)備材質(zhì)和焊接性能進(jìn)行了分析，據(jù)此對(duì)焊接方法進(jìn)行了論證，最終制定了適合回轉(zhuǎn)窯灰口鑄鐵件的不銹鋼焊條冷焊焊接工藝，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐驗(yàn)證是合理的。

回轉(zhuǎn)窯；灰口鑄鐵；不銹鋼焊條；冷焊；焊接工藝

0 引言

寶鋼湛江鋼鐵回轉(zhuǎn)窯在安裝過(guò)程中，由于施工碰撞導(dǎo)致部分設(shè)備發(fā)生損壞，如加油泵主軸軸套斷裂等（如圖1示）。由于臨近回轉(zhuǎn)窯投產(chǎn)日期，如重新進(jìn)行設(shè)備采購(gòu)則存在成本高、周期長(zhǎng)等問(wèn)題，為不影響按期投產(chǎn)，檢修方受委托對(duì)設(shè)備本體進(jìn)行焊接修復(fù)，由于設(shè)備銘牌上無(wú)材質(zhì)標(biāo)記，也無(wú)其他途徑獲取，因此首先需要對(duì)設(shè)備材質(zhì)進(jìn)行辨識(shí)后再制定相應(yīng)的焊接工藝。

圖1　斷裂的軸套

1　設(shè)備材質(zhì)判定

灰口鑄鐵（HT）的斷口一般呈暗灰色，其中的碳通常以片狀石墨形態(tài)存在，分布于不同的基礎(chǔ)上，與基體結(jié)合力弱，因此抗拉強(qiáng)度、硬度均較低，且塑性幾乎為零。通過(guò)觀察設(shè)備斷口晶粒大小、光澤程度，并進(jìn)行銼削試驗(yàn)、聽敲擊聲等方法，判定該設(shè)備材質(zhì)為灰口鑄鐵。

2　灰口鑄鐵焊接性能分析

灰口鑄鐵的化學(xué)成分、性能特點(diǎn)見表1、2。

由于鑄鐵焊接性能較差，因此在焊后易出現(xiàn)白口組織和裂紋，而且現(xiàn)場(chǎng)無(wú)加熱設(shè)備，故須對(duì)設(shè)備斷裂部位進(jìn)行修復(fù)，就必須制定合理的焊接工藝，以保證灰口鑄鐵焊接質(zhì)量。

3　灰口鑄鐵焊接方法論證

（1）為改善鑄鐵零件的焊補(bǔ)質(zhì)量，常用的焊接方法有冷焊法、熱焊法[1]：①冷焊法即在焊前不預(yù)熱焊件,焊接過(guò)程中也不輔助加熱，其特點(diǎn)是可以改善勞動(dòng)條件，提高生產(chǎn)率，降低成本，還可以減少因焊件預(yù)熱時(shí)受熱不均勻而產(chǎn)生的變形和氧化。但其缺點(diǎn)是，焊接后因焊縫和熱影響區(qū)的冷卻速度大，極易形成白口組織，而且因焊件受熱不均勻常積聚較大的內(nèi)應(yīng)力造成裂紋。②熱焊法即在焊前將焊件焊接區(qū)域全部或局部加熱到600℃左右，在焊接過(guò)程中保持一定溫度，焊后緩冷的焊接方法。其優(yōu)點(diǎn)是利于消除白口組織，減少應(yīng)力防止產(chǎn)生裂紋，但缺點(diǎn)是工藝復(fù)雜成本高，作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)且勞動(dòng)條件差。

表1　灰口鑄鐵的化學(xué)成分

表2　灰口鑄鐵的力學(xué)性能

（2）由于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件限制，本案無(wú)法對(duì)設(shè)備進(jìn)行加熱，因此選擇冷焊法，并需注意：①焊前應(yīng)徹底清理焊件表面油污，坡口形狀要便于焊補(bǔ)操作和減少焊件的熔化量。②采用小直徑焊條時(shí)應(yīng)配合小焊接電流，減小熱影響區(qū)的寬度。③采用分段倒退焊法，可以降低拉應(yīng)力。④短焊道焊接。一般每次焊10～40 mm，待焊縫充分冷卻后再焊下一道。⑤在每焊完一段焊道后，用焊工錘沿焊縫向外錘擊以消除應(yīng)力。

4　灰口鑄鐵焊接工藝制定[2][3]

4.1缺陷檢查

焊前須徹底檢查鑄件缺陷。本次損壞的設(shè)備除軸套的斷口外，還存在裂紋，為了將隱蔽的裂紋全部找出，采取如下做法：第一，用5～10倍放大鏡檢查出裂紋擴(kuò)展的最終點(diǎn)。第二，用火焰加熱即熱脹冷縮法將不明顯的裂紋顯示出來(lái)。

4.2焊前清理

由于設(shè)備上有油漆、油污、水分等雜物，必須在焊接前徹底清理干凈，否則將嚴(yán)重影響焊接質(zhì)量，為此需對(duì)坡口表面及兩側(cè)約30 mm以內(nèi)的雜物進(jìn)行徹底清理，使其露出金屬光澤。

4.3鉆止裂孔

止裂孔可以防止鑄鐵件在焊接中受熱時(shí)裂紋繼續(xù)向兩端延伸擴(kuò)展。本案根據(jù)鑄鐵件厚度，鉆Ф 5 mm止裂孔，孔朝向焊縫一端擴(kuò)成喇叭口狀，有利于焊接熔合。

4.4焊接場(chǎng)地

選擇室內(nèi)施焊，嚴(yán)禁在通風(fēng)處施焊。

4.5坡口型式

坡口開成V型，坡口角度50°～70°，可減少焊接應(yīng)力和裂紋、避免焊道根部剝離。

4.6焊接材料選擇

選擇正確的焊接材料是確保焊接質(zhì)量的關(guān)鍵。隨著鑄鐵的材質(zhì)不同，其內(nèi)部的石墨存在形式和腐蝕滲透也不同。一般鑄鐵焊條價(jià)格較高，采購(gòu)周期較長(zhǎng)，而普低鋼電焊條（E4315、E5015等）焊接的焊縫塑性較差，如工藝采取不當(dāng)，焊縫易產(chǎn)生裂紋和剝離現(xiàn)象，且施工繁瑣，效率低下[4]。于是采用現(xiàn)場(chǎng)儲(chǔ)備的A102（E308）不銹鋼焊條，其熔敷金屬具有良好的抗裂性能及抗氧化性能，可交直流兩用，具有良好的操作和工藝性能，為及時(shí)修復(fù)設(shè)備，決定采用此型號(hào)不銹鋼焊條進(jìn)行焊接，為保證焊縫熔合良好，應(yīng)盡量采用小直徑焊條施焊，本次采用Ф 2.5 mm焊條進(jìn)行焊接。焊條使用前須進(jìn)行250～350℃烘干，保溫2 h后放入保溫桶內(nèi)備用。

4.7焊前低溫預(yù)熱

焊前預(yù)熱能均衡焊接區(qū)域的溫度,從而控制白口層，減小焊接應(yīng)力，并可深度清理母材及坡口內(nèi)的油污、水分等雜質(zhì)，保證焊縫質(zhì)量。預(yù)熱時(shí)用火焰將坡口以及坡口兩側(cè)各100 mm范圍內(nèi)加熱到150℃左右，預(yù)熱要均勻，溫度要?jiǎng)蛩偕仙?，不能集中在某一點(diǎn)或區(qū)域上升太快。

4.8焊接電流

當(dāng)焊接電流過(guò)大時(shí)，焊接區(qū)域溫度上升很快，導(dǎo)致熱影響區(qū)增大，熱應(yīng)力明顯增高，容易出現(xiàn)裂紋和剝離；而焊接電流過(guò)小，則會(huì)導(dǎo)致母材熔合不好，焊縫強(qiáng)度降低，也容易產(chǎn)生裂紋。因此鑄鐵焊接電流的選擇很重要，必須嚴(yán)格掌握大小。

4.9手弧焊手法

手弧焊時(shí)的運(yùn)條手法以直線劃小圈為宜，焊道宜窄且呈直線，不宜寬且不宜用呈月牙或鋸齒等兩邊擺動(dòng)的運(yùn)條法施焊。焊接時(shí)應(yīng)采用中等弧長(zhǎng)，不應(yīng)采用長(zhǎng)、短弧。對(duì)局部厚度較大處，用窄焊道、多層堆焊法，由底部開始,從兩側(cè)向上焊起，將坡口填滿，這樣能較好地控制和減少焊接應(yīng)力。

4.10焊接溫度控制

控制焊接溫度，做到每段焊縫長(zhǎng)度在40～60 mm內(nèi)，待焊縫溫度下降到50°～60℃后再焊下一道，不使電弧高溫在某一焊接區(qū)域停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)造成局部溫度過(guò)高，才能達(dá)到減少焊接應(yīng)力、焊縫剝離和裂紋的目的。

4.11焊接順序

合理的焊接順序能均衡焊接區(qū)域的溫度，減少焊接應(yīng)力，為此本案按照“先短后長(zhǎng)”、“先里后外”、“分段退焊”和“分段跳焊”的順序進(jìn)行施焊。

4.12焊縫高度控制

鑄鐵焊接應(yīng)嚴(yán)格控制不使焊縫高于母材的平面，否則就會(huì)因焊縫中間收縮而產(chǎn)生較大的應(yīng)力，如果焊縫略低于或平于母材平面,有利于減少焊接應(yīng)力。補(bǔ)焊中應(yīng)填滿弧坑，并嚴(yán)禁在焊縫以外因打火引弧而造成弧疤，從而造成焊接應(yīng)力集中。

4.13焊后消應(yīng)

作業(yè)中每焊完一段焊縫，應(yīng)立即用焊工錘錘擊焊肉，可使晶粒拉長(zhǎng)、組織細(xì)密，消除部分焊接應(yīng)力。

4.14焊接參數(shù)

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行焊接試驗(yàn)，焊接過(guò)程呈最佳狀態(tài)時(shí)焊接參數(shù)如表3所示。

表3　灰口鑄鐵焊接參數(shù)

4.15焊接質(zhì)量保證措施

（1）焊工必須持有高級(jí)以上的焊工操作證，現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)豐富。（2）焊接所用電焊機(jī)等設(shè)備使用性能必須穩(wěn)定，焊機(jī)及其他配件、焊條等必須有產(chǎn)品合格證，焊條使用過(guò)程中必須妥善保存。（3）焊接時(shí)必須嚴(yán)格執(zhí)行制定的焊接工藝及參數(shù)，質(zhì)量管理人員必須跟蹤檢查到位。

5　焊接效果檢查

按照上述焊接工藝進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)焊接所得到的焊縫及設(shè)備如圖2、圖3所示。

嚴(yán)格按照本焊接工藝進(jìn)行焊接修補(bǔ)后的設(shè)備，經(jīng)過(guò)近6個(gè)多月的生產(chǎn)過(guò)程的使用檢驗(yàn)，所有焊縫均未發(fā)生二次斷裂。

6　總結(jié)

通過(guò)對(duì)按照本焊接工藝進(jìn)行施工所得到的回轉(zhuǎn)窯灰口鑄鐵件焊接接頭進(jìn)行焊接效果檢查可知，該焊縫具有良好的使用性能，證明本次灰口鑄鐵使用不銹鋼焊條冷焊焊接工藝及其參數(shù)的設(shè)定是正確合理的，對(duì)類似灰口鑄鐵件的焊接有一定的借鑒意義。

圖2　現(xiàn)場(chǎng)焊接焊縫

圖3　焊接修復(fù)的設(shè)備之一

[1] 王云程，胡云巖.灰口鑄鐵焊接的現(xiàn)狀及焊接方法的選擇[J].汽車工藝與材料，1997,(11):18-19.

[2] 陳裕川.焊接工藝評(píng)定手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

[3] 中國(guó)機(jī)械學(xué)會(huì)焊接分會(huì)：焊接手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1992.

[4] 王澤光.用普通低碳鋼焊條補(bǔ)焊灰口鑄鐵[J].焊接技術(shù)，1999,(3):49.

TG422.1

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1671-0711（2016）09（下）-0110-03