劉 振，雷永紅

（共享鑄鋼有限公司，寧夏銀川750021）

具有筋板和法蘭結構的鑄件由于筋板與法蘭的接觸部位比較薄弱，澆注完畢后在打箱過程中，有時會出現(xiàn)貫穿筋板的缺陷，如圖1所示。缺陷會造成鑄件筋板斷裂，如果處理不好，容易引起鑄件變形，造成返修次數(shù)過多、焊材浪費等現(xiàn)象。

圖1 缺陷部位示意圖

此類鑄件缺陷的傳統(tǒng)焊接工藝是將穿透性缺陷全部挖除后再進行焊接。實際生產(chǎn)中，這種缺陷返修方法容易引起鑄件法蘭的變形，而且體積焊接合格率不到60%.同時，全部挖除缺陷后再進行焊接導致工作量增加，浪費生產(chǎn)成本和延長生產(chǎn)周期。本文提出一種低合金鋼鑄件穿透性缺陷的返修方法。

1 返修方法

傳統(tǒng)的返修方法是一次將缺陷全部氣刨干凈，然后再焊接防變形拉筋[1]。這種返修方法由于焊接過程中產(chǎn)生的應力較大，很容易引起鑄件法蘭的變形。通過分析傳統(tǒng)返修焊接工藝產(chǎn)生變形的主要原因，確定了比較適合這類缺陷的返修方法：缺陷分兩次進行氣刨和焊接，合理的設計焊接防變形拉筋，并且及時采用局部消應力設備進行消應力。

返修步驟：防變形拉筋位置選擇及焊接，熱處理，澆道、冒口切割；首次氣刨，缺陷氣刨一半，首次缺陷焊接及局部機械振動消應力設備使用，首次焊后熱處理，氣刨剩余一半的缺陷，后續(xù)正常流程焊接。

1）防變形拉筋位置選擇及焊接

拉筋位置的焊接部位是關系到鑄件是否報廢的關鍵因素之一，筋板部位為貫穿性裂紋缺陷，并且一般為多條筋板同時斷裂，拉筋焊接的合理性對鑄件是否變形起到關鍵作用[2]。由于筋板斷裂部位氣刨后存在很大的焊接量，所以拉筋在焊接過程中將承受很大拉力?？偨Y以往的拉筋焊接方案，最終確定拉筋焊接方案為：拉筋焊接到鑄件中間法蘭背面的筋板部位，然后使用廢棄的鑄件試塊將筋板裂紋部分的兩側(cè)夾住，使裂紋處于拉筋部位的中間，具體焊接位置如圖2所示。

圖2 拉筋焊接位置示意圖

拉筋焊接的注意事項如下：

a）焊接前，將焊接拉筋部位表面的粘砂、氧化皮、鐵銹、油污等全部鏟磨干凈；

b）選用鑄件的同爐廢棄試塊，并將其表面打磨干凈；

c）焊接前，預熱鑄件缺陷周圍直徑100 mm的范圍，預熱溫度≥150℃，并加熱持續(xù)到鑄件進爐熱處理；

d）焊接電流控制在220 A～240A之間，防止熱輸入過大造成變形；

e）焊縫長度≥150 mm，焊角高度≥80 mm.

2）熱處理

拉筋焊接完畢后不能進行其他工序操作，必須先進行熱處理，使鑄件組織按照顧客要求進行轉(zhuǎn)變，并且鑄件性能達到最佳狀態(tài)。熱處理方案按照正常熱處理方法：正火+回火。

3）澆道、冒口切割

熱處理完畢后鑄件組織結構發(fā)生變化，晶粒度全部細化。此時進行氣刨、切割等操作，鑄件不容易出現(xiàn)開裂。

4）首次氣刨

穿透性缺陷部位分兩次氣刨，在首次焊接前先氣刨缺陷的一半，二次焊接前再氣刨缺陷剩余的另一半。其余缺陷按照正常氣刨標準進行。筋板部位氣刨要求如下：

a）缺陷不能一次刨完，而是氣刨到筋板拐角的拉筋即可，如圖3所示；

圖3 裂紋刨除示意圖

b）氣刨方向為沿上平面往筋板連接部位，如圖3所示箭頭方向，不能反方向氣刨；

c）氣刨后的缺陷上口寬度與深度比為1.0～1.3，并且氣刨出來的缺陷形狀類似于U型，利于焊接；

d）氣刨后的缺陷表面要求光滑，無夾雜物。

5）首次缺陷焊接及局部機械振動消應力設備使用

缺陷焊接前檢測是否達到焊接要求，是否還有夾渣、裂紋、油污、鐵銹等問題[3]。采用天然氣火焰對缺陷邊緣進行預熱，要求焊接前預熱溫度≥150℃，焊接部位周圍100 mm范圍內(nèi)需達到預熱溫度要求，當預熱溫度過高或過低時控制火焰溫度。焊接過程實時監(jiān)控缺陷部位的預熱溫度，當溫度高于350℃時停止焊接，待降溫至預熱溫度要求范圍內(nèi)接著焊接。從開始焊接某缺陷部位到進爐首次焊后熱處理的過程中不能斷火并且溫度≥150℃.

焊接工藝參數(shù)要求：采用直徑為φ1.2 mm的焊絲，焊接電流參數(shù)在220 A～275 A，焊接電壓參數(shù)20 V～30 V.缺陷需要分道焊接，以焊道寬度＜50 mm為宜。

焊接過程中使用局部機械振動消應力設備，對每層焊接部位及其周邊50 mm范圍的區(qū)域進行振動消應力，振動時間控制在60 s～90 s為宜。由于焊接面積較大所以局部振動消應力設備的振動頭要使用面積較大類型[4]。

6）首次焊后熱處理

首次焊后熱處理主要作用為消除焊接應力，改善焊縫組織，預防焊后裂紋的產(chǎn)生。首次焊后熱處理按照正常方式進行。

7）剩余缺陷氣刨

首次焊后熱處理完畢后去除斷裂部位后面的防變形拉筋，并且將剩余筋板部位的裂紋氣刨清除。經(jīng)過NDT檢測合格后按照正常的焊接工藝將缺陷焊接合格即可[5]。

2 實驗結果

1）鑄件尺寸測量

采用三維劃線平臺對焊接部位進行尺寸測量，尺寸變化符合標準尺寸公差要求。焊接的防變形拉筋起到了很好的防變形作用。

2）焊接合格率統(tǒng)計

體積焊接合格率，傳統(tǒng)返修工藝在60%，并且容易變形；新的返修工藝體積焊接合格率在85%，并且焊接后不會出現(xiàn)裂紋缺陷。

3）焊接周期統(tǒng)計

傳統(tǒng)返修工藝周期在18天～20天，新的返修工藝周期在12天～14天。

3 結 論

1）防變形拉筋焊接部位的合理選擇及焊接有效防止了鑄件變形。

2）鑄件穿透性缺陷分成兩步進行氣刨和焊接，并且首次焊接過程中使用局部機械振動消應力設備，有效降低了過程中的殘余應力，提高了缺陷的焊補合格率，合格率由原來的60%提高到現(xiàn)在85%，大幅縮短了焊接周期，降低了鑄件報廢風險。

［1］ 張漢謙.鋼熔焊接金屬學［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2000.

［2］ 陳祝年.焊接工程師手冊［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2002.

［3］ 曹梅青，鄒增大.焊接電流對雙絲間接電弧焊電弧特性的影響［J］.焊接學報，2005（12）：12-48.

［4］ 李繼紅，陳陽陽.焊接熱輸入對ULCB鋼焊接接頭組織性能的影響［J］.熱加工工藝，2015（7）：7-60.

［5］ 李俊儀，孫鳳蓮.拉筋形式對汽輪機隔板外環(huán)焊后變形的影響［J］.哈爾濱理工大學學報，2015（3）：12-40.