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振动筛轴承支座管断裂焊接修复工艺

放大字体  缩小字体 发布日期:2018-09-29  浏览次数:44
核心提示:本文作者:张劲新 (福建省青州造纸有限责任公司浆板分厂)摘要: 本文主要通过对木片振动筛焊缝裂纹的形成特点与工件可焊性的
 本文作者:张劲新 (福建省青州造纸有限责任公司浆板分厂)

 

 

摘要:

      本文主要通过对木片振动筛焊缝裂纹的形成特点与工件可焊性的分析,从而制定焊接修复方案,实践证明此工艺方案是可行,焊补质量可靠,解决了生产急需,取得了很好的经济效益。

  1、概况 

       青州造纸厂是我国大型造纸企业,1993年扩建时从芬兰引进两台木片振动筛,每台价值人民币 80 多万元,每小时可筛木片 250 立方米,经 7年的运行,2 号筛轴承座上支撑架下方处发现断裂,如图 1 所示。本文通过分析得出该裂纹为焊接接头的应力集中,和淬硬组织导致疲劳裂纹。其产生的主要原因为木片振动筛轴承支座管状长期处于振动交变载荷环境,管状上部支撑架焊缝密集,使应力集中在焊缝下端热影响区,焊后未经过消除应力处理,使得焊缝下端长期受到循环载荷作用,最终导致疲劳断裂。为解决生产急需,因此提出焊接修复工艺。

2 、焊接工艺 

2、1 工件材料分析: 

       据查该轴材料为 DIN1543,西德供货,经光普分析,其化学成分及机械性能如表 1:Mn、Cr、Mo 含量在其供货范围,转动轴规格为¢330×20。

2、2 可焊性分析: 

根据国际焊接学会(IIW)推荐的碳当量计算公式(1):                     

          Mn   Ni+Cu   Cr+Mo+V 

CE  = C + -─ + ── + ────(%) 

6     15       5      

    ≈  0.15  + 0.1 + 0.023 + 0.22(%) 

    =  0.493 % 

计算可得 DIN1543 钢的碳当量约为 0.493%,根据经验可知钢材碳当量越大,可焊性越差,碳当量位于 0.4%~0.6%之间的钢材,可焊性较差,钢材淬硬倾向明显,焊接热影响区易产生冷裂纹,为防止冷裂纹,焊接时应适当预热,同时控制线能量。

2、3 焊接材料 

      根据可焊性分析,以等强原则选取焊条,应选择碱性低氢型 E5015 焊条,并根据 E=IU/V(千焦/厘米)适当控制线能量,本次焊接线能量 E控制 10 千焦/厘米以下。 

2、4 施工方案 

施工方案:焊前准备→点焊→坡口制备 

实施步骤: 

(1)预热→焊接→坡口制备 

(2)预热→焊接→修补打磨→焊后高温回火→保温→焊接检验。 

2、5 焊前准备 

(1)、选派二名具备 SMAWII 焊接资格证书 2G合格项目的焊工进行对称焊接。 

(2)、准备二台 ZX7—400A 直流弧焊机和二套气焊设备进行开坡口,预热和焊后热处理。碳弧气刨枪壹把,¢5mm 碳棒 20 根。 

(3)、焊条烘干恒温箱一台,¢3.2mm、¢4mm的 E5015 电焊条各一包。焊条烘干温度 400℃~350℃两小时,后恒温 150℃~100℃随用随取,角向磨光机两台,并备有薄砂轮片打磨坡口内部,保温材料两捆。 

2、6  点焊定位 

      为了使焊件定位正确,在焊件仍处于直立且还没有移位的情况下,先由两名焊工在不开坡口的裂缝区同时对称点焊,点焊长度达管径周长的1/4。点焊前不必预热,因焊件裂纹复杂,预热膨胀会导致变形点焊后再对左右两边管径周长的1/4 开坡口,使焊缝处于横焊位置。 

2、7 坡口的制备 

       因管壁较厚,裂纹尺寸不规范,从外部看不出裂纹朝上或朝下裂,为保证管壁内部间隙尺寸,彻底清除裂纹,先用碳弧气刨对准裂纹处进行气刨至管壁厚度近一半时,沿裂纹的方向,再采用气割开坡口,这样能较好的清除裂纹使坡口更为规范,然后再用角向磨光机打磨,直至裂纹彻底清除 

2、8 焊接规范  

       由于焊件管壁厚 20mm,需采用多层多道焊接,打底层和第二层采用¢3.2mm 焊条,其它层采用¢4mm 焊条,焊接参数如表 2 所示。 

2、8、1 打底焊 

         焊接时先用气焊对准坡口两侧各 100mm 范围内进行 100℃~150℃预热,预热后,焊接从坡口的低处开始往高处焊,因不规则的裂纹使坡口不在同一水平面上,这样能避免夹渣和未熔合等缺陷,提高焊接质量,采用短弧断弧焊接方法,焊接时上坡口停留时间短些,下坡口停留时间长些,比例为 1/2,收弧时要填满弧坑,防止裂纹,把开好的坡口第一层焊接完后,再开另一半坡口,再进行预热、焊接,焊接时打磨接头两端,以确保接头质量。焊接后,对焊缝下坡口或高处进行打磨,以便第二遍更好清除底层焊接夹渣。 

2、8、2 第二层焊接 

第二层焊接的第一道焊接时电流要大些,有利清除打底层下坡口的夹渣,第二道电流可小些焊接速度慢些,以横画圈运条方式,保证填满上坡口和确保焊缝平整。 施焊期间严格控制层间温度,层间温度低于100℃时应重新预热后焊接。 

2、8、3 填充层焊接 

      填充层焊接主要以交错避开焊接接头集中为宗旨。第一道和第二道接头错开 20mm,且每层错开 30mm,使接头分布均匀,来保证焊接质量。 

2、8、4 盖面层的焊接 

       盖面层焊接主要控制焊缝表面平整,防止咬边,盖面层最后一道焊采用较小电流和焊条,防止咬边,焊缝余高控制在 0~2mm 之间,低处要补上,高处要打磨,使焊缝平滑过渡,减小应力集中。 

2、9  焊后热处理 

      为消除焊接区的残余应力和淬硬组织,提高焊接头的塑性和韧性,焊后用两把焊设 H01-20焊枪,立即对焊缝两侧 50mm 范围进行 550℃高温回火。并用保温材料进行保温,使焊缝缓慢冷却至室温,然后热处理也有利于扩散氢的逸出,防止氢导致裂纹的产生。 

3、修复质量及运行状况 

按上述工艺修补后的工件经检验部门外观检验和磁粉探伤,没有发现表面或近表面缺陷。经运行近半年后,再次进行磁粉探伤检验,在补焊焊缝起始和终止点、焊缝接头处,经检验均无缺陷产生。从 2001 年 3月15日至今,该轴已安全运行四年多。实践证明,该焊接修复方案是切实可行的,补焊质量经得起实践检验。 

4、结束语 

     通过这次焊接修复方案的实施,作者真正体会到知识和经验的积累是从理论到实践,再从实践到理论的一个循序渐进的过程。作为生产一线的焊接技师,在处理生产中出现的问题时,首先要以科学的态度,到现场观察缺陷,分析裂纹的原因,当焊件材料不明时,请检验部门进行光谱分析,以便对金属材料进行可焊性分析,找到缺陷及其发展规律,然后采取措施,制订焊接修复方案,从而可以保证焊接修补的质量。

 

 

参考文献: 

[1] 余燕,吴祖乾主编《焊接材料选用手册》[M].上海科学技术文献出版社. 

[2] 连蒸系统焊接说明书(WPS)  资料号:FD、KA、W、XⅡ64. 

[3] 吴非文.《火力发电厂高温金属运行》[M]  水利电力出版社. 

[4] 《焊接工艺评定手册》[M] 机械工业出版社.  

 

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