受力框架修復工藝方案

李成意++劉駿++王麗琴++黃強++張榮剛

摘 要：結合受力框架（ZG270-500）外形特點，確定了受力框架R160圓角鑄造缺陷的修復補救工藝，介紹了一種大型鑄鋼件（中碳鋼）堆焊修復的有效方法。

關鍵詞：鑄鋼；鑄造缺陷；堆焊修復

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.07.039

1 概述

我公司承接的加工件受力框架（如圖1）重八噸多，是實驗裝置中關鍵件，粗加工時發現在4-R160處出現缺陷，經無損檢測達不到Ⅱ級鑄件要求。

通過對鑄鋼ZG270-500材質焊接性進行分析，其碳當量約0.71%，認為該材質在合理的工藝條件下焊接性能尚可、經多方專家論證后，決定對受力框架缺陷區域堆焊修復，受力框架鑄件修復堆焊工藝方法具體如下：

2 堆焊修復過程

（1）焊接性分析。ZG270-500因鑄件內部組織與鍛件相比較為疏松，焊接時容易產生焊接缺陷，因此焊前先用受力框架鑄件同爐澆鑄的試塊做焊接工藝評定（焊接接頭力學性能試驗即抗拉、彎曲），實驗合格后按焊評參數再對受力框架4-R160圓角進行堆焊修復。

（2）焊前準備工作。焊前檢查：制做焊前檢查樣板，并在零件補焊區域做好標記。焊前清理：砂輪或旋轉挫將補焊區域毛刺、銳角、飛邊清理干凈并做磁粉或著色表面檢查，要求表面無裂紋為合格；丙酮清洗，去除補焊區域及附近（大于補焊區域20-30mm）的油漬、銹及臟物施焊焊工必須應持有國家勞動部門頒發的焊接資格證書，且經驗豐富。施焊所需設備及工具：半自動CO2焊機 NBC-500（2臺），氧乙炔瓶、表、手持式氧乙炔割槍一套，CO2氣瓶若干（備用），電加熱盤（帶溫控）一套，紅外測溫儀、砂輪機、電挫各一把，碳弧氣刨一套，石棉保溫材料若干、焊后余量檢查樣板、扳子、小鉗子、手錘（0.45-0.67Kg錘的端頭帶有R3-5mm圓角）。在工件兩側點焊兩塊擋板保護兩側面，注意：在補焊區域內點焊牢固，補焊完成后再機加工掉。

（3）堆焊修復工藝。焊前用電加熱盤預熱至150-200℃（并覆蓋巖棉），注意預熱范圍適當擴大一些，且預熱時溫升必須緩慢且均勻（約60-100℃/h），以避免出現裂紋和變形。

焊接采用CO2氣體保護焊，￠1.2 ER50-6焊絲 電流150-170A，電壓20-25V，氣體流量20-25L/min（CO2要求使用滿瓶氣體，使用過程中氣體不少于1/4），保證焊接熱輸入在 18-22KJ/cm。（要求同焊評參數一致）

對于每道焊縫應連續均勻焊接，如果有接頭則每個接頭要搭接20mm左右，每個接頭要相互錯開，前后間距≥20mm，且受力框架每個R160圓角要求一次性堆焊完成（中間不允許間斷），以確保其有合適的層間溫度（層間溫度≥200℃），如補焊過程中層間溫度低于200℃，可用手持式氧乙炔割槍對補焊區域局部均勻加熱至200℃以上。焊接時進行小節距擺動，力求每道焊縫都薄且窄以減少熱輸入和融合比。多層多道施焊，每層要求均勻施焊，每一層焊完后立即用手錘錘擊焊道，直至將焊道表面打出均勻的密密麻麻的錘擊坑為止，以促進應力釋放和減小焊接變形，注意底層的打底焊道和表層焊道不允許錘擊，以避免金屬冷作硬化。 施焊過程中焊縫中不允許出現裂紋、未融合、夾渣、氣孔等焊接質量的缺陷，一經發現應立即用砂輪或電挫（必要時用碳弧氣刨）進行清理干凈，才能繼續施焊。 焊縫與母材邊緣結合處焊接電流一定要小仔細焊接，防止出現咬邊。堆焊處都應高出母材20-30mm保證加工余量，利用預制的余量檢查樣板檢R160圓角堆焊余量是否達到要求。施焊操作過程每步必須嚴格監督檢查，確保焊接質量合格。

（4）焊接注意事項。施焊時要用引弧板引弧，避免電弧擦傷；注意第一層打底焊縫應采取小電流，窄道焊避免產生較大應力。堆焊時天車起重配合將受力框架翻轉使補焊區域處于船型焊或平焊位置。焊接時必須使用滿瓶CO2氣體，且在使用過程中保證瓶中氣體不少于1/4，以減少氣體中水份，避免氫致裂紋出現，焊接過程中若發現焊絲表面有銹跡，應更換焊絲（或者將銹蝕焊絲剪掉）后方可進行焊接。嚴禁在空氣對流的場所進行補焊，風速< 1m/s以下，否則應進行防風措施。

焊接過程中電流大小一定要調整適宜，應時刻關注熔池中的液態熔渣覆蓋熔池一半左右為宜，決不可低于三分之一，因為焊接過程中熔化的液態金屬中含有各種氣體，這些氣體借著覆蓋的液態熔渣保護液態金屬緩緩凝固，以便各種氣體向外逸出。

3 焊后處理

（1）焊后熱處理：對堆焊區域用電加熱盤進行焊后熱處理，溫度控制在≥300℃，保溫不少于8小時（利于擴散氫溢出，避免出現氫致延遲裂紋），然后使其緩慢冷卻。

（2）待工件冷卻至室溫后用砂輪將焊縫修光磨平， 24小時后再進行進行磁粉（或著色）+超聲波探傷檢查，焊縫質量達到Ⅱ級后進行下道工序。

（3）劃線檢查補焊區域的加工余量，保證補焊處加工后不能出現黑皮、氣孔、夾渣等。

4 結語

采取上述補焊工藝方法對受力框架堆焊修復，經無損檢測補焊區域達到了Ⅱ級以上（部分達到Ⅰ級焊縫），完全達到設計要求，以最小代價挽救了受力框架鑄件，為公司避免了報廢該鑄件帶來的經濟損失。通過本案例得出：焊補中碳鋼時焊前對補焊區域清理、嚴格控制補焊時的溫度、焊材的選擇、焊接速度、合適的電流、正確的焊接工藝以及焊工細心焊接是獲得良好焊縫的關鍵。

作者簡介：李成意（1983-），男，河南洛陽人，助理工程師，研究方向：非標設計、工藝。