摘要：本文通過對ZG270-500鑄鋼焊接性能進行分析探討，借鑒并改進原有焊接工藝，對磨煤機磨輥軸套澆鑄沙眼缺陷進行挖補焊接修復(fù)，修復(fù)后構(gòu)件完全滿足長周期滿負荷運行工況要求。

關(guān)鍵詞：ZG270-500;磨輥軸套;補焊

中圖分類號：TG455 ???文獻標識碼：A ???文章編號：1671-2064（2019）16-0000-00

0 引言

2018年3月，我廠8號爐C級檢修中，在磨A磨輥軸套頸部發(fā)現(xiàn)2處較大沙眼，經(jīng)外部初步探查沙眼直徑≥6mm、深度≥12mm，若繼續(xù)使用極有可能導(dǎo)致軸套漏油。該磨輥軸套材質(zhì)為ZG270-500，綜合分析磨輥軸套的材質(zhì)及工況條件，決定對沙眼缺陷采用局部挖補的補焊工藝進行修復(fù)。缺陷外觀見圖1所示。

1 對鑄鋼的材料分析

在鑄鋼的鑄造過程中，為保證其有足夠的強度、塑性和韌性，含碳量在0.15%～0.60%間，ZG270-500含碳量達到0.4%屬于中碳鑄鋼。由于鑄鋼的澆鑄溫度較高，澆鑄件的形狀比較復(fù)雜，對鑄件凝固條件的控制相對困難，而且澆鑄之后不進行鍛壓加工，所以鑄鋼的晶粒比較粗大，晶粒間常存在非金屬雜質(zhì)形成的脆弱面。因此，鑄鋼的性能往往比成分相近的碳鋼要差。

2 ZG270-500的焊接性分析

2.1 ZG270-500化學(xué)成分分析

由于鑄鋼在澆鑄時要保證良好的流動性，同時又要具備較高的強度和韌性，所以在制造的過程中，加入了較多的合金元素，使其化學(xué)成分與性能相近的碳鋼相差很多。ZG270-500與Q345的化學(xué)成分對比見表1。

通過化學(xué)成分對比發(fā)現(xiàn)，ZG270-500含碳量遠遠高于Q345B，隨著含碳量的增加焊接性隨之下降。在焊接的過程中，母材中的雜質(zhì)元素更容易向焊縫中過渡，裂紋傾向更加明顯。

2.2 ZG270-500力學(xué)性能分析

通過對ZG270-500與Q345B力學(xué)性能對比發(fā)現(xiàn)，ZG270-500在強度指標略低于Q345B的情況下，其塑性、韌性卻明顯低于Q345B，這也從側(cè)面反映出ZG270-500的焊接性能要比Q345B差。ZG270-500與Q345B力學(xué)性能對比見表2。

2.3 ZG270-500的碳當量分析

使用國際焊接學(xué)會（IIW）推薦的碳當量公式計算：

通過計算，ZG275-500的碳當量約為0.46%。一般情況下，金屬材料的焊接裂紋敏感系數(shù)隨著其碳當量的增加而相應(yīng)增大，當碳當量值大于0.4%時，在焊接熱影響區(qū)極易形成淬硬組織并導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生。另外，鑄鋼是通過鑄造的方式得到的鋼材，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，晶粒粗大晶間雜質(zhì)較多，化學(xué)成分不均勻，焊接性比普通的碳素鋼差，當焊接材料選用不當或焊接參數(shù)選擇不合理時極易產(chǎn)生裂紋和偏析等缺陷。

3 機加工清除磨輥軸套沙眼缺陷

（1）使用角磨等機加工工具徹底清除沙眼缺陷;（2）隨著打磨深度的增加，需相應(yīng)控制打磨凹坑周邊的坡度，便于后續(xù)焊接工作的進行;（3）沙眼清除后應(yīng)進行著色或磁粉檢驗，以確保缺陷已完全清除;（4）按照焊接工藝要求對焊接處周邊的銹蝕進行打磨清理^[1]。打磨及清理情況見圖2所示。

4 磨輥軸套補焊焊接工藝

4.1 焊接方法的選擇

由于補焊面積范圍較小，SMAW比GMAW熱輸入小且操作更加靈活，因此選用SMAW進行補焊。焊接電源選用逆變直流電焊機，采用直流反接。

4.2 焊接材料的選擇

ZG270-500焊接性能較普通碳素鋼和低合金鋼明顯下降，焊接時容易產(chǎn)生裂紋等缺陷，因此選用塑性和韌性較好的低氫型焊條。采用焊接性良好，強度等級接近于母材的J507焊條作為補焊材料^[2]。J507焊條力學(xué)性能見表3。

為最大限度減小焊接熱輸入，選用Φ2.5mm焊條。焊條使用前經(jīng)350～400℃烘干處理，烘干時間1～2h，使用時焊條需置于保溫筒中。

4.3 焊接參數(shù)的選擇

ZG270-500鑄鋼焊接性能較差，焊接中易產(chǎn)生裂紋及偏析，同時ZG270-500與J507焊條在化學(xué)成分和力學(xué)性能上也存在一定差異，所以應(yīng)盡可能采用低參數(shù)、弱規(guī)范焊接。詳細參數(shù)見表4。

4.4進行適當焊前預(yù)熱

一般情況下，當碳當量≥0.45時，鑄鋼的預(yù)熱溫度為150～200℃，可采用火焰加熱?？紤]到磨輥軸套為圓形筒體鑄件結(jié)構(gòu)，在進行局部補焊時受到的拘束度較大，因此在實際操作中采用200℃預(yù)熱溫度，加熱范圍不小于補焊位置周邊200mm范圍。

4.5 焊接操作方法的運用

焊接時應(yīng)采用多層多道快速焊接方法，將每層焊道的厚度控制在3mm以內(nèi)，同時避免連續(xù)不間斷的施焊，采用自內(nèi)而外，自下而上循序漸進的分段焊接，最大限度的降低焊接熱輸入。焊接過程中為避免層間溫度低于預(yù)熱溫度，可通過火焰補充加熱的方法來控制層間溫度，直至將打磨的凹坑填充完畢。補焊后外貌見圖3所示。

4.6?焊后熱處理

焊后立即進行熱處理，消除應(yīng)力并降低熱影響區(qū)的硬度。采用紅外加熱裝置在補焊區(qū)域慢速均勻加熱至250℃，保溫2小時后覆蓋保溫材料緩冷。

4.7 焊后檢驗

焊接工作完成后使用角磨將焊縫表面打磨平整，確認沒有氣孔、夾雜、咬邊等外觀缺陷。隨后采用著色檢驗的方法，對補焊區(qū)域進行檢驗，未發(fā)現(xiàn)裂紋等缺陷。缺陷消除后外貌見圖4所示。

5 結(jié)語

鑄鋼件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且晶粒粗大組織不均勻，給焊接帶來一定困難。在對ZG270-500鑄鋼進行較為細致的分析后，總結(jié)鑄鋼焊接時需要注意的問題，通過選擇正確的焊接參數(shù)和操作方法，在磨輥軸套補焊修復(fù)過程中加以應(yīng)用，并經(jīng)過探傷檢驗證明了補焊工藝的正確性。

參考文獻

[1] 沈陽晨，魏建軍.鑄鋼件焊接及缺陷修復(fù)[M].機械工業(yè)出版社，2015.

[2]?GB/T 7659-2010.焊接結(jié)構(gòu)用鑄鋼件[S].

收稿日期：2019-07-02

作者簡介：湯亞杰（1979—），男，河北南宮人，本科，畢業(yè)于西安交通大學(xué)，電焊高級技師，助理工程師，研究方向：電力設(shè)備焊接工藝創(chuàng)新應(yīng)用。