軋鋼機(jī)傳動(dòng)扁頭再制造過(guò)程改進(jìn)

李臣光

摘 要：文章通過(guò)分析軋鋼機(jī)傳動(dòng)扁頭的工況及再制造過(guò)程中存在的問(wèn)題，提出了改進(jìn)在制造工藝的方案，并根據(jù)該工藝方案成功修復(fù)了傳動(dòng)扁頭，同時(shí)為后續(xù)此類(lèi)工件的修復(fù)方案提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：傳動(dòng)扁頭；焊接裂紋；淬硬層；堆焊層

中圖分類(lèi)號(hào)：TG333 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）32-0084-02

軋鋼機(jī)是用來(lái)軋制金屬的機(jī)械設(shè)備，在各大鋼廠(chǎng)中應(yīng)用極其廣泛。聯(lián)接軸作為軋鋼機(jī)主傳動(dòng)裝置的重要組成部分，起著傳遞運(yùn)動(dòng)和力矩的作用。聯(lián)接軸的端部——傳動(dòng)扁頭在工作中與叉頭配合，承受摩擦力、沖擊載荷等。因此在設(shè)計(jì)時(shí)要求傳動(dòng)扁頭在滿(mǎn)足整體強(qiáng)度和韌性要求的同時(shí)，還要具有較高的表面硬度、強(qiáng)度與耐磨性。但在實(shí)際生產(chǎn)中，經(jīng)過(guò)一段使用周期后，傳動(dòng)扁頭工作面磨損量較大，導(dǎo)致其尺寸及性能無(wú)法滿(mǎn)足工作需要。為節(jié)約制造成本，縮減制造周期，利用基于先進(jìn)表面工程技術(shù)的綠色再制造技術(shù)[1]（如堆焊、電刷鍍、激光熔覆等）對(duì)其進(jìn)行修復(fù)具有重要意義。

1 傳動(dòng)扁頭性能及再制造時(shí)存在的問(wèn)題

考慮傳動(dòng)扁頭的工況，在設(shè)計(jì)時(shí)其材質(zhì)選擇42CrMo中碳合金鋼（化學(xué)成分見(jiàn)表1），其具有良好的淬透性，較高的強(qiáng)度和韌性，經(jīng)調(diào)質(zhì)及表面淬火處理后可獲得較好的綜合機(jī)械性能。本文中傳動(dòng)扁頭表面硬度高達(dá)HRC54～56，淬硬層深度為2mm。

根據(jù)相關(guān)資料當(dāng)鋼中的碳當(dāng)量小于等于0.4%時(shí)具有良好的焊接性；當(dāng)鋼中的碳當(dāng)量處于0.4%～0.6%之間時(shí)，其焊接性逐漸變差；而當(dāng)鋼中的碳當(dāng)量超過(guò)0.6%時(shí)，就屬于難焊材料，在焊接過(guò)程中易出現(xiàn)焊接裂紋[2]。

可求得42CrMo中碳合金鋼的碳當(dāng)量為0.78%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)0.6%，另外由于傳動(dòng)扁頭表面經(jīng)過(guò)淬火處理后形成大量馬氏體組織，如果直接在淬硬組織上補(bǔ)焊，會(huì)因?yàn)樵诤附舆^(guò)程中淬硬傾向大，形成大量裂紋，特別是在焊道的起止位置。

在焊接過(guò)程中層間溫度過(guò)低容易由于焊接熔池冷卻速度快形成淬硬組織和裂紋，同時(shí)不利于擴(kuò)散氫的逸出；而層間溫度過(guò)高雖然會(huì)降低焊縫形成裂紋的傾向，但會(huì)造成焊縫組織粗大，影響力學(xué)性能，因此在傳動(dòng)扁頭補(bǔ)焊過(guò)程中要嚴(yán)格控制層間溫度。

2 再制造工藝優(yōu)化及效果檢驗(yàn)

2.1 再制造工藝優(yōu)化

通過(guò)分析傳動(dòng)扁頭再制造過(guò)程中存在的問(wèn)題，結(jié)合相關(guān)理論知識(shí)及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)其再制造工藝進(jìn)行優(yōu)化：（1）軋鋼機(jī)傳動(dòng)扁頭在經(jīng)過(guò)一段時(shí)間使用后表面雖有磨損，但是仍然存在淬硬層，在其再制造過(guò)程中會(huì)對(duì)焊接過(guò)程產(chǎn)生影響，導(dǎo)致裂紋的出現(xiàn)。因此，在補(bǔ)焊前首先去除該淬硬層，但考慮到淬硬層硬度較高，會(huì)對(duì)機(jī)械加工造成一定難度，故先用火焰加熱的方式對(duì)其進(jìn)行局部退火處理，以軟化工件，降低表面硬度，同時(shí)減少對(duì)其心部組織和性能的影響。然后以機(jī)械加工的方式去除表面淬硬層，為保證其完全去除，本文中去除工件表面4mm以?xún)?nèi)的材料（見(jiàn)圖1）。（2）對(duì)工件進(jìn)行磁粉探傷，確保其表面無(wú)裂紋、夾雜、氣孔等缺陷，清理工件表面油污、銹蝕、水漬和毛刺等。（3）焊材選用山東德運(yùn)焊業(yè)有限公司生產(chǎn)的DY-YD420（Q）馬氏體型堆焊藥芯焊絲，規(guī)格Φ1.6mm（見(jiàn)表2）。（4）為避免在焊道起止處產(chǎn)生裂紋、氣孔等缺陷，在工件焊接區(qū)域邊緣加設(shè)引弧板和息弧板。（5）焊接之前使用履帶加熱片對(duì)工件進(jìn)行預(yù)熱，根據(jù)預(yù)熱溫度計(jì)算公式：T=Ceq×360。式中：Ceq-母材碳當(dāng)量。可以求得傳動(dòng)扁頭的預(yù)熱溫度為280.8℃，本文選擇預(yù)熱溫度為285～300℃，并在焊接過(guò)程中持續(xù)加熱。（6）為防止焊接過(guò)程中熱輸入量過(guò)大，焊接時(shí)采用小電流快速焊接的方式施焊，直流反接，保護(hù)氣體為80%Ar+20%CO2，焊接參數(shù)如表3所示。（7）堆焊時(shí)，為了減小焊接應(yīng)力和熔合比，避免在后續(xù)焊接過(guò)程中產(chǎn)生裂紋，首先在傳動(dòng)扁頭的補(bǔ)焊區(qū)域焊接薄薄一層堆焊材料作為過(guò)度層。（8）焊接過(guò)程中，為了釋放焊接時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力，規(guī)定全部焊道沿相同方向施焊。（9）在焊接過(guò)程中嚴(yán)格控制熱輸入量及層間溫度（285～300℃），以減小熱影響區(qū)，同時(shí)改善堆焊層組織及硬度的均勻程度。（10）傳動(dòng)扁頭補(bǔ)焊完成之后立即放入熱處理爐中進(jìn)行去應(yīng)力退火，以免引起裂紋的產(chǎn)生，去應(yīng)力退火工藝如圖2所示。同時(shí)該退火處理也有益于擴(kuò)散氫的溢出，避免氫致裂紋的出現(xiàn)。（11）傳動(dòng)扁頭熱處理去除焊接應(yīng)力之后，利用碳弧氣刨清除引弧板和息弧板，為避免傷及母材，清除時(shí)保留少許部分，在后續(xù)機(jī)械加工時(shí)去除。（12）利用機(jī)械加工方式，按圖紙要求的傳動(dòng)扁頭進(jìn)行加工。

2.2 效果檢驗(yàn)

本文通過(guò)優(yōu)化再制造工藝，利用堆焊技術(shù)對(duì)材質(zhì)為42CrMo的軋鋼機(jī)傳動(dòng)扁頭磨損面進(jìn)行了修復(fù)，現(xiàn)對(duì)其效果進(jìn)行檢驗(yàn)如下：（1）對(duì)去應(yīng)力退火之后的工件進(jìn)行PT探傷未發(fā)現(xiàn)氣孔、夾渣、裂紋等缺陷產(chǎn)生。（2）對(duì)機(jī)加工之后的工件進(jìn)行MT探傷未發(fā)現(xiàn)氣孔、夾渣、裂紋等缺陷產(chǎn)生。（3）利用里氏硬度計(jì)（型號(hào)：TH121）測(cè)量機(jī)加工后補(bǔ)焊表面的硬度，測(cè)量結(jié)果表明其表面硬度為52～54HRC，雖略低于設(shè)計(jì)要求的表面硬度，但在后續(xù)的實(shí)際使用中證明該硬度差并未產(chǎn)生顯著地影響。

3 結(jié)論

（1）通過(guò)優(yōu)化軋鋼機(jī)傳動(dòng)扁頭再制造工藝，消除了表層淬硬組織對(duì)焊接過(guò)程的影響，避免了焊接裂紋的產(chǎn)生。（2）通過(guò)實(shí)踐證明為獲得組織及性能均勻的堆焊層，焊前預(yù)熱、控制層間溫度及熱輸入量、焊后熱處理是工藝中的關(guān)鍵。（3）本文通過(guò)實(shí)踐得出的該制造工藝可作為參考應(yīng)用于其他類(lèi)似工件的再制造工程中，節(jié)約生產(chǎn)成本。

參考文獻(xiàn)：

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[2]李亞江.焊接冶金學(xué)——材料焊接性[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006：52～56.

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