李文濤，牟 鵬

（洋縣釩鈦磁鐵礦有限責任公司，陜西漢中 723300）

0 引言

洋縣釩鈦磁鐵礦有限責任公司（以下簡稱“公司”）磨選車間選鐵選礦工藝流程為“三段階磨階選”選礦工藝：一段磨礦由4 臺Φ2700×4500 濕式格子型球磨機構成；二段磨礦由1 臺Φ2700×4500 和1 臺Φ2400×4500 濕式格子型球磨機組成；三段磨礦由3 臺Φ1830×7000 溢流型球磨機組成。其中，一段的1臺Φ2700×4500 型球磨機在生產(chǎn)過程中進料端端蓋靠近中通軸處出現(xiàn)礦漿泄漏問題，停機檢查后發(fā)現(xiàn)進料端端蓋4#位置出現(xiàn)裂紋（圖1）。拆卸下進料端的襯板后發(fā)現(xiàn)，內(nèi)側(cè)裂紋不明顯，外側(cè)裂紋長達600 mm、最寬處約1 mm，裂紋處端蓋厚約60 mm。

圖1 進料端端蓋出現(xiàn)裂紋

由于進料端端蓋靠近中空軸處出現(xiàn)裂紋，球磨機不能再繼續(xù)運轉(zhuǎn)，否則可能發(fā)生重大設備安全事故，給公司造成重大的經(jīng)濟損失，該端蓋只能更換新端蓋或經(jīng)過技術處理后再使用。與有關鑄造單位聯(lián)系，制作一個新端蓋的費用約10 萬元。另外，該設備屬于收購私人企業(yè)遺留的設備，公司及現(xiàn)場沒有相關圖紙，需要現(xiàn)場測量后再鑄造到加工結(jié)束需要45 d，再加上現(xiàn)場拆裝最快需要10 d 完成，將嚴重影響生產(chǎn)。經(jīng)公司、車間技術人員及維修人員開專題技術討論后，決定自行修復。

1 端蓋出現(xiàn)裂紋原因分析

（1）機修工在更換球磨機端襯板時，為省事和節(jié)約時間，經(jīng)常用氧氣、乙炔先割去襯板螺栓，然后用大錘敲打螺栓，造成端蓋局部受熱，且端蓋表面被砸引起震動，進而引起端蓋內(nèi)部的應力集中爆發(fā)，導致出現(xiàn)裂紋。

（2）從裂紋的位置來看，球磨機端蓋裂紋的位置在中空軸的根部，該區(qū)域承載的扭力及應力最大。拆下進料端襯板從里面看，裂紋表面有沙眼，這是在鑄造過程中毛胚沒有經(jīng)過處理就加工導致的內(nèi)部存有應力集中，在運轉(zhuǎn)過程中交變應力集中爆發(fā)導致裂紋。這是裂紋產(chǎn)生的主要原因。

（3）球磨機每次停機超過8 h 以后，礦漿和鋼球凝結(jié)成一體，崗位操作人員為了省事，開機前沒有對球磨機進行盤機，導致啟動一瞬間端蓋承載的扭矩較大、產(chǎn)生裂紋。

綜合分析認為，球磨機端蓋金屬疲勞及運轉(zhuǎn)過程中交變載荷傳遞到中空軸，是導致球磨機出現(xiàn)裂紋的原因。

2 確定端蓋的材料

查原始資料，該球磨機端蓋材料為ZG35#鑄鋼（ZG270-500），其化學成分見表1。

表1 端蓋化學成分 %

3 制定焊接修復方案

球磨機端蓋屬于鋼性較大的鑄造件，在運行中要承擔較大的交變載荷，這就要求修復的裂紋部分具有較好的韌性和抗裂性能，且端蓋靠近中通軸處厚度較大（80 mm），再加上球磨機自身負荷重，現(xiàn)場自行修復一般采用手工電弧焊焊接裂紋。目前應用較為廣泛的焊接方法是熱焊法和冷焊法，經(jīng)查閱大量焊接資料及文獻，冷焊法在大型ZG35#鑄鋼上尚未有成功案例，故采用熱焊法對端蓋進行焊接修復。

4 焊接技術問題交底

（1）焊接時必須防止發(fā)生軸向串動和徑向振動，嚴格控制焊接變形量保證焊接質(zhì)量。

（2）為保證焊縫的力學性能和母材的性能相匹配，焊縫金屬的強度要求和端蓋母材的強度基本一致，但為防止焊縫熱烈現(xiàn)象，焊縫碳含量應比端蓋母材稍低一些。

（3）現(xiàn)場保溫措施不到位，焊縫處會出現(xiàn)新的應力導致變形，繼而出現(xiàn)新的裂縫。因此，焊前預熱250 ℃，預熱區(qū)域為補焊區(qū)域300 mm 左右。

（4）焊接的焊縫與筒體可能存在開裂現(xiàn)象，焊接前先用角磨機開坡口，禁止用氧氣、乙炔開坡口，要求坡口周圍清理干凈，且要求兩個人分段多次內(nèi)、外同時焊接，每段焊接完畢后應立即采用小錘擊打焊縫，且采用保溫措施緩慢降溫，以降低焊縫熱應力。焊后對焊縫宏觀檢查，不得有裂紋、未熔合等焊接缺陷。

（5）待焊接完成后，先焊縫整體300 ℃熱處理，并用石棉內(nèi)、外保溫靜置24 h，然后用砂輪機打磨焊縫表面。

5 焊條的選擇

該設備是收購原私人企業(yè)遺留的設備，設備于2003 年左右購進，球磨機端蓋材料為ZG35#鑄鋼件。選擇Φ3.2 mm 和Φ4.0 mm J507 堿性焊條焊接，該焊條在鑄鋼件上的焊接強度和結(jié)合力都很好，不容易出現(xiàn)夾雜現(xiàn)象。

6 焊接工藝方案

在裂紋焊補過程中焊接工藝很重要，很容易出現(xiàn)焊補失敗。下面對焊接工藝作如下說明：

（1）焊接前先開內(nèi)、外部焊接坡口。按分段處理（圖1）：先開3#—4#段內(nèi)、外坡口，坡口寬15 mm、深30 mm；4#—1#段先不開坡口，因為在焊補時3#—4#段未開坡口的位置可起支撐裂紋的作用，減少焊補過程中焊縫的收縮量。

（2）焊接前，將需要使用的J507 焊條在300 ℃左右烘烤約1 h，并用焊條筒帶到現(xiàn)場隨用隨取。

（3）焊接開始時，由于球磨機內(nèi)空間有限安排2 人分成1組，球磨機筒體內(nèi)、外各1 人，要求2 人同時焊補3#—4#段坡口，這樣焊補的焊縫應力對稱、不易導致焊縫變形，焊完后用錘擊打焊縫并清理焊渣（用力不要很大）以減小焊縫應力和焊縫夾渣。多層多道焊補控制焊縫溫度在200 ℃左右，現(xiàn)場用紅外線測溫儀測量溫度，超過400 ℃停止焊接，中空軸溫度不宜較高，不然容易產(chǎn)生集中應力、出現(xiàn)裂紋。

（4）待3#—4#段堆焊平后，用同樣的辦法將4#—1#段開坡口，焊補工藝和方法與3#—4#段焊補一樣。

（5）由于焊縫焊補的強度達不到原來的強度，焊縫內(nèi)、外用鋼板滿焊焊接以滿足強度的要求（圖2）。待裂紋全部焊補后，在裂紋外側(cè)焊接4 塊加強筋（厚度30 mm 的鋼板作為加強筋）；為了保護端蓋內(nèi)部裂紋焊補焊縫不被礦漿沖刷，用鋼板制作圓環(huán)在端蓋內(nèi)部焊接加強圓環(huán)（Φ1340 mm×1500 mm×20 mm 鋼板作為加強圓環(huán)）。

圖2 焊接位置

7 結(jié)論

球磨機端蓋靠近中空軸裂紋的焊補屬于大厚度鑄鋼件焊補，容易在焊縫熔合區(qū)產(chǎn)生裂紋現(xiàn)象，但是當采用了堆焊和分區(qū)間焊接方法，焊縫堆焊區(qū)可以減少應力集中，不易產(chǎn)生裂紋。該焊補完成后，使用2 個月內(nèi)設備未發(fā)生焊縫漏礦漿現(xiàn)象，說明本次裂紋焊補成功。