大型厚重易磨損低合金鑄鋼件修復工藝的探討

韓方永

大型厚重易磨損低合金鑄鋼件修復工藝的探討

韓方永

（中交廣州航道局有限公司 廣東省廣州市 510000）

大型厚重易磨損低合金鑄鋼件在修復時根據碳當量評估材質可焊性，制定合理的焊接工藝。根據磨損量選擇合適的修復方法，當磨損量較小時采用堆焊修復，通過制定合理的焊接工藝有效預防了冷裂紋的產生，當磨損量較大采用復板修復，大大減少了焊接工作量，減小了焊接殘余應力和焊接變形量。構件表面采用耐磨焊條打網格或者蓋面增強了構件表面抗磨能力。對于大型厚重易磨損低合金鑄鋼件修復、焊接以及增強構件表面抗磨損能力具有一定參考意義。

碳當量；焊接工藝；復板修復；耐磨焊條

絞刀頭和斗輪都屬于大型厚重低合金鑄鋼件。在工作時旋轉絞泥，受到泥沙較強的沖擊和摩擦作用，屬于易磨損部件，因此要定期對絞刀頭和斗輪進行修復。當磨損量較小時可以選擇常規的堆焊方式修復，由于厚度較大，焊接時有一定的淬硬傾向，焊接過程還可能產生冷裂紋，因此必須制定合理的焊接工藝；當磨損量相對較大時（刀臂或大圈磨損掉的體積塊厚度達20mm以上），如果采用堆焊修復，焊接工作量將會很大，過多的焊接會產生過大的焊接殘余應力和變形量。因此磨損較小時，堆焊修復焊接工藝的制定，磨損較大時采用何種方式修復以及如何增強構件表面抗磨損的能力是值得深入探討的問題。

1 低合金材質的焊接性分析

絞刀頭和斗輪材質均為為ZG20SiMn，屬于低合金鑄鋼件。材料化學成分和力學性能見表1。

表1 低合金鑄鋼件ZG20SiMn化學成分和力學性能

根據國際焊接學會推薦的碳當量計算公式[1]：

計算得出ZG20SiMn碳當量為0.287～0.463%，根據經驗：

（1）當CE＜0.4%時，鋼材的淬硬傾向不明顯，可焊性優良，焊接時不必預熱；

（2）當CE在0.40～0.60%時，鋼材的淬硬傾向逐漸明顯，需采取適當預熱、控制線能量等工藝措施；

（3）當CE＞0.60%時，淬硬傾向很強，屬于較難焊接的鋼材，需要采取較高的預熱溫度和嚴格的工藝措施。

又根據美國金屬學會提出的用于計算預熱溫度的碳當量CE經驗公式：

當CE＜0.45%時，可不預熱；

當CE在0.45%～0.60%之間時，預熱100～200℃；

當CE＞0.60%時，預熱200～370℃。該式適用于碳鋼和低合金高強度鋼。

計算得出ZG20SiMn碳當量CE為0.287～0.463%。

經過上述碳當量的計算可得知ZG20SiMn材質可焊性優良，根據碳當量的計算以及經驗確定采用150～200℃預熱，層間控制在100～150℃。

2 磨損量較小時的修復工藝

2.1 焊接材料的選用

相比手工電弧焊，CO2氣體保護焊具有更的高焊接效率，因此宜選用CO2氣體保護焊，焊絲選用E501T-1藥芯焊絲。E501T-1為氧化鈦型CO2氣體保護焊絲，焊接工藝性能優良，電弧柔和穩定，飛濺小，脫渣容易，焊縫成型美觀。適用于平焊和橫焊，可進行全位置焊接，焊接效率高。焊縫金屬經微量元素韌化處理，低溫韌性優良，抗裂紋性好，內在質量可靠穩定。

2.2 堆焊焊接工藝

（1）由于母材厚度較大，具有一定的淬硬傾向，在冷卻速度過快的情況下，容易出現冷裂紋，可以適當降低焊接速度，增加焊接電流，有助于避免馬氏體等淬硬組織的形成，有利于氫的逸出避免產生氫裂紋，焊接電流 170～210A，電壓 22～28V，焊接速度 12～20cm/min。

（2）預熱是防止冷裂紋的有效措施，不預熱不許焊接，預熱溫度100～150℃。

（3）堆焊時焊道寬度的重疊度≥焊道寬度的1/3。

（4）利用圓頭小錘錘擊焊縫使焊縫金屬延展，抵消一些焊縫區的收縮，以降低內應力，錘擊時機上一般以拉應力已開始形成，溫度較高約（500～800℃）時錘擊為好，這時金屬具有較高的塑性和延展性。錘擊力度要適中，過度會開裂，第一層和表面層不需錘擊。

（5）層間溫度控制在 100～150℃。

（6）焊接時徑向位置對稱施焊。

（7）焊后石棉布包裹緩冷。

3 磨損量較大時的修復工藝

3.1 磨損量較大時修復方式的選擇當磨損量較大時，堆焊的工作量將會很大，過多的堆焊會造成較大的焊接殘余應力。因此磨損量較大的低合金鑄鋼件，可以適當考慮選擇復板的方式進行修復。復板修復后構件厚度與原始厚度相當，強度也基本相當。復板修復大大減少了焊接工作量，降低了成本，同時也減少了焊接殘余應力和焊接變形量。

3.2 復板的材質

復板材質的選擇理論上應與本體強度相當或優于本體，而且具有良好的焊接性能，對于ZG20SiMn材質，復板材質可以選擇Q345B鋼板。

3.3 復板的制作和安裝工藝

當平面復板時，復板下料成平面扁鐵形狀即可；當曲面復板時，復板的曲率應與本體曲面曲率相同或相近，可采用冷彎，必要時結合水火彎板方法加工成曲率板。復板寬度的選擇應根據制定的修復工藝選擇合適的寬度。

復版安裝時應盡量貼緊本體表面，可使用楔形尖與碼板配合，擠壓復板，必要時可借助千斤頂擠壓復板，使復板貼緊本體。同時復板還應根據安裝的位置開設相應坡口，使復板能較牢固的焊接在母材上。必要時可在復板上開設塞焊孔，進行塞焊。

3.4 復板修復的焊接工藝

復板修復時的焊接工藝參照磨損量較小時堆焊修復的焊接工藝，在施工過程中應按照所制定的焊接工藝進行焊接。

4 必要時可在構件表面耐磨焊條打網格或蓋面增強表面抗磨損能力

當本體堆焊或者復板完成后，表面打磨光順，曲面堆焊或復板時，表面應平滑過渡。為了增強構件抗耐磨能力必要時可在表面用D707或者DN-2103，φ4.0耐磨焊條打網格或者堆蓋面焊。網格60×60，網格焊縫高度與寬度約為8mm。由于耐磨焊堆焊層金屬硬度約HRC55左右，熔敷金屬硬度很高，但是比較脆，堆焊厚度過大會造成焊縫脆裂形成較深的裂紋，容易剝落，當堆焊時耐磨焊條堆焊厚度4～6mm為宜，最大堆焊厚度不宜超過8mm。

5 結論

綜上所述，對于大型厚重易磨損低合金鋼構件修復時，首先根據碳當量評估材質焊接性能，制定合理的焊接工藝，根據材質化學成分和力學性能選擇合適的焊材，制定合理的焊接工藝。實踐證明表面耐磨焊條打網格或者堆蓋面焊減少了施工過程中構件的磨損量，延長了使用周期，對于必要時增加表面抗磨損能力也具有一定參考意義。

[1]陳祝年.焊接工程師手冊[M].北京：機械工業出版社，2010.

TG260

A

1004-7344（2016）33-0228-02

2016-10-26

韓方永（1986-），男，江蘇沛縣人，助理工程師，本科，研究方向為大型厚重易磨損低合金鑄鋼件焊接工藝方面。