750噸剪切機齒輪內孔堆焊修復

吳玉寧

摘 要 機床零部件在使用過程中由于磨損等原因造成零部件的損壞，導致機床整機報廢或停機現象，小機床不明顯，對于大機床來說修補有很高的經濟價值，可以挽回不必要的經濟損失，通過對機床齒輪修復方法及工藝特點的分析及焊修事例的論述，說明修復的工藝要點，證明焊補修復工藝是值得推廣的一項實用技術。

關鍵詞 齒輪；內孔；焊修

中圖分類號：TG455 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）07-0083-02

該設備從日本引進，其損壞部件為齒輪，其外徑達2016 mm，內孔為￠310 mm厚度為430 mm的鑄造鋼結構。內孔與軸磨損嚴重，鍵嚴重被滾，不能正常使用，要重新鑄造并銑齒加工，其外購廠家少，從日本進口的周期長，且價格貴達20多萬，該設備如不能正常運轉將嚴重影響鍛造分廠的正常生產，因此制定了搶修計劃及工藝。精車軸外徑→銑鍵槽→堆焊齒輪內孔→車、磨內孔→插鍵槽的工藝過程。從該過程可知我們缺乏的是堆焊這種材料的實際經驗。對修復可能出現的問題缺乏認識。因此必須從多方面入手，以達到成功修復的目的，由于本人實際參與該齒輪的修復工作，現就整個過程做以論述。該齒輪的外形及需修復的部位如圖1所示。

圖1 圖1側視圖

1 確定材質及原始狀態

通過公司專業人員對大齒輪的材質進行了提取化驗，得出的結果：C：0.35%、Si：0.5%、Mn：1.17%、Cr：0.2%比較與35Mn2鋼接近。硬度實驗HB=269 Mpa，屬調質狀態，與35Mn2相比較：Si偏高，Cr含量偏低，因此屬于Cr-Mn-Si系列的中碳調質鋼。

2 工藝制定

零件的工作狀況及其一般工藝方式：

首先從碳當量計算Ceq=C+Mn/6+Si/24+Cr/5+Mo/4+Ni/15%（適用于中碳鋼、高碳鋼及低合金鋼的碳當量計算）計算得出該齒輪材料炭當量為Ceq=C+Mn/6+Si/24+Cr/5=0.6%。由于含碳當量高，造成焊接性差，淬硬傾向高，韌性低，因此焊接困難。因此按一般工藝方式，中碳調質鋼都是在退火狀態下焊接，修復完了再進行調質處理，而恢復到原始狀態。但這只適合調質狀態的毛坯件或留有加工余量的工件，對于該齒輪屬于成品件，只對修復處進行加工，而對于外形及齒部都要保證原樣，如果在退火狀態下修復，肯定會引起齒部的變形，而無法恢復，因此需在調質狀態下焊接。

3 工藝措施

通過齒輪外圓找正來測內孔，發現內孔磨損嚴重偏心，且偏心量在3 mm左右，齒輪軸修復后的尺寸為￠305 mm，而孔最大的直徑在315 mm因此堆焊最小單面量應在7 mm以上，才能保證內孔的修復。為此我們首先根據齒外圓找中心，劃出焊接參照線，并打沖眼。如圖2所示。

圖2

根據中碳調質鋼的焊接性和加工性以及為了保證焊縫與材料在相同的熱處理條件下獲得相同的工藝性能的要求，我們選用D107（見表1）焊條進行多層多道的堆焊修復。步驟為焊前整體預熱，中間爐內保溫，焊后去應力回火，車磨內孔，插鍵槽的修復過程。

每一步工序的的工藝參數：

1）預熱溫度：中碳調質鋼焊接時，為了防止冷裂紋，必須提高預熱溫度，一般可控制在250℃～300℃之間，考慮到當時修復的時間是冬天，冷速快，而且齒輪內孔壁厚，拘束度大，所以預熱溫度應高些，所以最終確定為300℃～350℃。

2）堆焊操作：

①焊條選用D107 ￠4.0，電流170 A，電壓：22 V～26 V，焊條烘干溫度：150℃～250℃，保溫兩小時，隨取隨用。

②焊機選用：ZX7-500（逆變焊機）。

③接法：直流反接。

④位置：兩個人一組分布齒輪內孔左右，同時施焊，采用平焊、短段跳焊法。焊接位置如圖3所示。

圖3

⑤層數：一般位置焊3層，磨損嚴重部位焊4-5層。

⑥手法：第一層采用快速不擺動焊，后幾層采用慢速大擺動堆復。

⑦注意事項：焊前清理必須干凈，每一次施焊前需用打磨機及銼刀修出金屬表面；每層間必須除渣，斷弧處除渣后再引弧，中間接頭處每層錯開。由于鍵槽處被加寬8 mm，考慮鍵槽被滾過，為了節省材料，因而只在鍵槽的兩個側面堆焊3 mm堆層。

⑧檢查：堆焊層是否夠量，可以通過之前劃出的樣沖眼來定劃規檢查，如果都在￠300以內即可。并檢查無焊接缺陷如夾渣、裂紋、大氣孔等。

3）層間保溫度：由于生產中采用兩臺焊機同時操作，因而堆焊過程中溫度下降較小，在中間休息時或第一層打底焊結束后都將其放入爐內保溫，保溫進行消氫處理溫度為250℃，時間1 h以上。

4）焊后去應力回火：回火溫度應低于母材調質溫度且高于預熱溫度，差值在50℃以上，而Mn-Si系列調質鋼存在回火脆性，必須避開此溫度范圍，而且下降速度要快，因此制定了下面的工藝曲線，如圖4。

圖4

5）車、磨內孔、插鍵槽（略）。

4 總結

這次堆焊經過1天1夜，兩臺焊機同時作業，并在熱處理分廠的緊密配合下，圓滿的完成了堆焊修復任務。在機加工的過程中未發現裂紋及夾渣等缺陷。該齒輪裝機后已超負荷運行了8年，實踐證明，當初制定的焊接修復工藝措施是完全合理的。通過對該齒輪的修復也讓我們從中探索出了一套焊接中碳調質鋼的新工藝及寶貴經驗，并對Mn鋼的回火脆性也有了進一步的了解。

參考文獻

[1]焊工手冊（手工焊接與切割）.

[2]機械加工.endprint