球磨機(jī)中空軸缺陷焊接修復(fù)工藝研究

■ 趙宏明

1. 概述

滑動軸承即在滑動摩擦狀態(tài)下工作的軸承，其特點(diǎn)是工作中運(yùn)行穩(wěn)定，噪聲低，可承受較大載荷，通常應(yīng)用于重型動力機(jī)械裝備領(lǐng)域，如球磨機(jī)、棒磨機(jī)、管磨機(jī)等?；瑒虞S承結(jié)構(gòu)主要包括軸套和軸承襯。中國有色（沈陽）冶金機(jī)械有限公司生產(chǎn)的球磨機(jī)是廣泛應(yīng)用于冶金行業(yè)的選礦設(shè)備，其工作運(yùn)行方式是靠中空軸的360°圓周滑動運(yùn)行，帶動球磨機(jī)整體實(shí)現(xiàn)工作，中空軸是球磨機(jī)的關(guān)鍵部件，它屬于滑動軸承被支撐的軸套部分，與軸套相配套的支撐體是軸瓦。加工車間在進(jìn)行中空軸生產(chǎn)加工時(shí)，粗加工后發(fā)現(xiàn)一件軸套存在缺陷。針對此情況，需要制定工藝措施，進(jìn)行修復(fù)處理。

2. 中空軸結(jié)構(gòu)形式

此中空軸外形呈“軸頸”形，材質(zhì)為ZG310—570，其力學(xué)性能和化學(xué)成分如表1和表2所示。中空軸外形尺寸較大，軸壁厚較大（最小壁厚115mm），如圖1所示。在進(jìn)行中空軸外徑粗加工完成后，發(fā)現(xiàn)寬50mm范圍整圈內(nèi)部存在分布不均、不同程度的鑄造氣孔、夾渣缺陷。若整體報(bào)廢必然造成很大經(jīng)濟(jì)損失，且會造成交貨拖期，因此決定通過清除缺陷，采取焊接方法進(jìn)行修復(fù)。

3. 情況分析

針對中空軸的缺陷情況，需要對50mm范圍整圈缺陷清除掉并焊補(bǔ)，然后再進(jìn)行外表面加工處理。而軸套外徑已粗加工完，焊接時(shí)必須對表面進(jìn)行防護(hù)。焊接時(shí)，整個(gè)360°圓周方向都需要焊接，圓周受熱面積較大，且中空軸整體剛性較大，因此焊接時(shí)必須考慮焊接缺陷的預(yù)防和焊接應(yīng)力的消除。由于焊接的區(qū)域面積較大，即焊接時(shí)軸套整體受熱面積較大。因此必須做好整體過程控制，并制定合理的焊接修復(fù)工藝，才能使保證修復(fù)效果。

圖1 中空軸外形結(jié)構(gòu)

表1 主要化學(xué)成分 （質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

表2 力學(xué)性能

4. 焊接性分析

中空軸的材質(zhì)是ZG310—570。

按照國際焊接學(xué)會（IIW）推薦的碳當(dāng)量公式進(jìn)行計(jì)算得出碳當(dāng)量約為0.81%，因此其焊接性較差，其冷裂紋敏感傾向大，焊接時(shí)因淬硬傾向大，而容易產(chǎn)生焊接裂紋缺陷。同時(shí)，由于中空軸結(jié)構(gòu)剛性大，焊接時(shí)焊縫必然會產(chǎn)生較大內(nèi)應(yīng)力，增加焊接裂紋的風(fēng)險(xiǎn)。因此，焊接時(shí)必須做好焊前預(yù)熱、層間溫度控制及焊后熱處理，以降低接頭冷卻速度，改善組織的性能，減少冷裂傾向的幾率。

5. 修復(fù)工藝

（1）焊接預(yù)熱溫度計(jì)算 根據(jù)計(jì)算出的碳當(dāng)量數(shù)值，利用經(jīng)驗(yàn)公式可以計(jì)算得出焊前預(yù)熱溫度291.6℃，因此焊前預(yù)熱溫度選定≥300℃。

（2）清除缺陷及加熱 由于裂紋呈圓周帶狀分布，故采用機(jī)械加工方法將整圈裂紋徹底清除，并形成有利于焊接的槽型部位，槽深6mm，如圖2所示。加工清除缺陷后，進(jìn)行著色及磁粉探傷，直至確保缺陷徹底清除后再進(jìn)行焊接修復(fù)。焊前將槽型部位及周圍20mm范圍內(nèi)的油污、雜質(zhì)等清除干凈；焊接前使用電磁感應(yīng)加熱器對待焊補(bǔ)部位及周圍150mm區(qū)域進(jìn)行加熱，達(dá)到溫度300℃后，再開始進(jìn)行修復(fù)焊接。

（3）焊材選用 為了便于操作控制，采用焊條電弧焊，焊接材料選擇低氫焊條，由于工作時(shí)需要與軸瓦接觸并旋轉(zhuǎn)，因此焊接必須考慮強(qiáng)度，最終選用的焊條牌號定為J557，規(guī)格φ3.2mm。

（4）焊接過程控制 為了提供合適的焊接操作位置，可將中空軸平穩(wěn)坐落于電動旋轉(zhuǎn)托輪架上，保證中空軸轉(zhuǎn)動自如無干涉，調(diào)整電動旋轉(zhuǎn)托輪架的轉(zhuǎn)動速度滿足焊接速度。焊工借助焊接平臺跨放于中空軸上方位置，實(shí)施焊接操作，如圖3所示。

在焊接過程中，保證層間溫度≥300℃，隨時(shí)使用紅外線測溫槍進(jìn)行測溫，如果低于此溫度，則停止施焊，重新加熱到300℃，再進(jìn)行焊接；調(diào)整焊接電流90～125A，電弧電壓20～26V，焊接速度300～350mm/min；焊接時(shí)焊槍不應(yīng)作過大的橫向擺動，焊接速度不宜過快，焊道焊接順序如圖4所示。焊道間的重疊量不得小于焊道寬度的1/3，每焊完一層，要用圓頭風(fēng)鏟對焊縫表面進(jìn)行輕度敲擊，以消除焊接應(yīng)力，且用鋼絲刷將焊縫表面清理干凈后，再繼續(xù)焊接。如果埋弧焊，則每焊完一層則及時(shí)清理焊渣。在蓋面時(shí)，在兩側(cè)邊緣熔合線處多焊一層，以防止在此處產(chǎn)生裂紋。

（5）焊后處理 焊后立即用硅酸鋁毯進(jìn)行覆蓋，自然緩冷到室溫后，先粗磨焊道表面，然后進(jìn)行表面機(jī)械精加工處理。

（6）檢查 對外表面進(jìn)行超聲波和著色滲透探傷檢驗(yàn)，沒有發(fā)現(xiàn)裂紋及其他缺陷，確定修復(fù)后的中空軸滿足修復(fù)要求。

6. 結(jié)語

圖2 加工清除缺陷形成槽型部位

圖3 中空軸焊接位置

圖4 焊接順序

采用上述工藝方法徹底清除了缺陷，成功地對中空軸進(jìn)行了焊接修復(fù)，取得了很好的效果。不僅為企業(yè)挽救了損失，同時(shí)為今后處理同行業(yè)相關(guān)問題提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

[1] 中國重型機(jī)械工業(yè)協(xié)會.重型機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)[M].昆明：云南科技出版社，2007.

[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.