選礦廠粗破破碎機(jī)動(dòng)錐體軸頸焊接修復(fù)工藝

喬 平，李麗丹，唐立新，彭恂軍，唐 文

（1.攀鋼集團(tuán)礦業(yè)公司選礦廠，四川 攀枝花 617000；2.攀鋼集團(tuán)工程技術(shù)公司，四川 攀枝花 617000；3.攀鋼釩物流中心，四川 攀枝花 617000）

此次研究選礦廠的兩臺(tái)懸掛式粗破破碎機(jī)，最大給料直徑可達(dá)1000mm。破碎機(jī)的動(dòng)錐體是破碎機(jī)的主要軸類部件（軸直經(jīng)Ф280mm），材質(zhì)為較堅(jiān)硬的金屬，主要起到支撐零件和傳遞動(dòng)力的作用，它需要長期保持中速和重負(fù)荷運(yùn)行的工作環(huán)境，所以具有受耐高溫、耐油腐蝕、耐磨等特性。由于每次停機(jī)后需要重新啟動(dòng)時(shí)，潤滑油未充分形成保護(hù)油膜前，橫梁中的缸套與動(dòng)錐體軸頸位置長期直接磨損，造成寬50mm、深度7.2mm的環(huán)軸頸部形成帶狀磨損槽，且槽內(nèi)表面又出現(xiàn)有網(wǎng)狀裂紋現(xiàn)象。為保證設(shè)備正常運(yùn)行，需要進(jìn)行網(wǎng)狀裂紋處理和堆焊表面層才能夠恢復(fù)零件尺寸，滿足破碎機(jī)的裝配和使用要求。

圖1 選礦廠粗破破碎機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖及軸頸磨損槽部位

1 錐體材料分析

（1）焊件本身在特定工作環(huán)境下的力學(xué)分析。此次修復(fù)細(xì)長軸（錐體）的軸頸位置，（軸用軸承支承，與軸承配合的軸段稱為軸頸，軸頸是軸的裝配基準(zhǔn)。）從網(wǎng)狀裂紋兩側(cè)無明顯的脫碳現(xiàn)象，可以排除裂紋是軸在使前就存在的可能性。從外觀來看，呈明顯沿軸中心形成50mm的帶狀表面網(wǎng)裂，在長期高溫和液體腐蝕及礦物雜質(zhì)的侵入，使晶界表面的氮化處理最高硬度（HRA72～78）下降。在三者共同作用下，造成軸的表面磨損和低熔點(diǎn)共晶的熔解，從而晶界間表面的結(jié)合力下減弱，在機(jī)械停產(chǎn)過程的高速冷卻中，在獲得馬氏體組織的同時(shí)也伴隨著體積的膨脹，必然使淬火工件在形成馬氏體的同時(shí)，產(chǎn)生裂紋和變形。

（2）選礦廠粗破碎機(jī)焊接時(shí)的主要問題。①熱影響區(qū)的脆化和軟化。從表一中查到，粗破碎機(jī)結(jié)構(gòu)件并含有Mn、Si、Cr、Ni等多種合金元素，金屬結(jié)構(gòu)件的淬硬傾向大，M s點(diǎn)又低，因而在淬火區(qū)產(chǎn)生大量的馬氏體，導(dǎo)致嚴(yán)重脆化。熱影響區(qū)被加熱到超過調(diào)質(zhì)處理的回火溫度的區(qū)域，將出現(xiàn)強(qiáng)度、硬度低于母材的軟化區(qū)。如果焊后不進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，該軟化區(qū)可能降低接頭強(qiáng)度的薄弱區(qū)。②易產(chǎn)生裂紋。為了提高抗裂性，盡量降低焊接接頭的含氫量，并采用焊前預(yù)熱和焊后熱處理；它的合金元素含量高，焊縫凝固結(jié)晶時(shí)，結(jié)晶區(qū)間大，偏析傾向也比較大，因而焊接時(shí)具有較大的熱裂紋敏感性，為防止產(chǎn)生熱裂紋，要求選擇低碳焊絲（焊條）。堆焊層與母材之間的結(jié)合界面是異種金屬的熔化冶金結(jié)合，其結(jié)合強(qiáng)度是各種界面結(jié)合中最高的。在堆焊中，堆焊層與母材之間的熔合區(qū)常由于化學(xué)成分的不均勻，導(dǎo)致組織和性能上的不均勻，是堆焊中的最薄弱部位。堆焊層和熔合區(qū)常因冶金因素和力學(xué)因素的影響出現(xiàn)裂紋、氣孔等缺陷。

2 焊接方法和焊接材料

2.1 焊接方法的選擇

4采用熱量集中的脈沖氬弧焊、等離子焊及真空電子束焊方法，有利于縮小熱影響區(qū)寬度，獲得細(xì)晶組織，從而提高焊接接頭的力學(xué)性能和抗裂性能。結(jié)合我廠的實(shí)際情況和現(xiàn)場環(huán)境條件選擇手工焊條電弧焊。

2.2 焊接材料的選擇

為確保焊縫金屬的韌性、塑性和強(qiáng)度，為提高抗裂性，應(yīng)采用低碳合金系，盡量降低焊縫金屬的硫、磷雜質(zhì)的焊接材料。此次焊接的錐體屬于在焊后不能進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理的特殊大型錐體構(gòu)件。

需要在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下進(jìn)行焊接，通過分析選擇鉻鎳含量較高的金屬焊條進(jìn)行焊接，它塑性、韌性和抗裂性好，還具有一定的耐磨性。其化學(xué)成分和力學(xué)性能表1、表2所示。

表1 金屬焊條的化學(xué)成份④

表2 力學(xué)性能④

由于Mn、Ni、Mo、Cr均屬于強(qiáng)化元素，隨著焊縫金屬的這些元素的加入，焊縫的強(qiáng)度提高；當(dāng)焊縫中含有Ni、Mo及Cu等多種合金元素時(shí)具有抗腐蝕性能。

3 焊前準(zhǔn)備

（1）焊條須250℃烘焙1小時(shí)，放入保溫桶內(nèi)隨用隨取。

（2）將環(huán)軸頸部帶狀槽形內(nèi)的表面網(wǎng)狀裂紋和氧化層用角向砂輪機(jī)清除干凈，并露出金屬光澤，再用磁粉探傷檢查環(huán)軸頸部帶狀槽形內(nèi)無裂紋后方可進(jìn)行底層焊接。

4 焊接工藝及措施

（1）預(yù)熱和后熱溫度的選擇。正確地選擇預(yù)熱和后熱溫度，有利于改善接頭的組織性能和應(yīng)力狀態(tài)。在一般情況下，預(yù)熱溫度在200℃～350℃。此次焊接材料是硬質(zhì)金屬焊條，進(jìn)行焊接時(shí)，可低溫預(yù)熱或者不預(yù)熱。根據(jù)錐體軸頸部磨損位置的特殊性，所以我們選擇了較小線能量，焊前預(yù)100℃～150℃，焊接過程中控制道間溫度等于或略高于預(yù)熱溫度，焊后不需進(jìn)行熱處理。

（2）焊接層次和焊接順序。由于軸頸磨損處寬50mm、深7.2mm，堆焊時(shí)采取2層3道進(jìn)行分段對(duì)稱焊接，可有效地防止變形和使應(yīng)力分布均勻不出現(xiàn)應(yīng)力集中。

（3）每焊完一段立即用帶圓頭的小錘進(jìn)行錘擊（小錘重0.5Kg、圓頭直徑5mm），錘擊時(shí)先錘擊焊道中間再錘擊焊道與母材的熔合處，可減少部分應(yīng)力和防止堆焊層因收縮而產(chǎn)生裂紋及剝離。

5 焊后檢驗(yàn)及表面處理

①焊縫冷卻到室溫后，檢查焊縫表面無氣孔、夾渣、裂紋和咬邊等缺陷，余高2mm～3mm，成型良好。②經(jīng)修磨清除表面余高后進(jìn)行著色探傷，未發(fā)現(xiàn)表面有裂紋、氣孔等缺陷。③使用超聲波檢查均達(dá)到I級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，合格。

6 結(jié)語

堆焊修復(fù)后的近一年的使用情況看，設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)。說明我們使用A507這種焊接材料和制定的焊接工藝措施是可靠的，在粗破碎機(jī)錐體以及各種相類似的大型錐體的軸頸部磨損后，需要在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下進(jìn)行焊接修復(fù)時(shí)，能確保錐體的裝配尺寸和使用性能的同時(shí)，也是提供了新的技術(shù)支撐。為本單位降低了設(shè)備成本，取得了較大的經(jīng)濟(jì)效益。