熱處理工裝對厚大型鑄件超聲波探傷底波的探討

宋 賀，劉曉琳，單澤成，劉 偉

（中鋁山東工程技術(shù)有限公司，山東 淄博 255000）

滾圈、輪帶等厚大型鑄件應(yīng)用于回轉(zhuǎn)窯、危廢窯、反應(yīng)爐等等窯爐上，是非常關(guān)鍵、重要的零部件，特點(diǎn)為質(zhì)量重、體積大、壁厚等，都要求進(jìn)行超聲波探傷，對于小型窯爐其探傷要求比較高，一般超聲波探傷要求在2級(jí)左右，而對于大型窯爐其探傷要求在3級(jí)左右。為能夠進(jìn)行超聲波探傷，滾圈、輪帶必須進(jìn)行熱處理，只有具備探傷要求，才能進(jìn)一步對內(nèi)部探傷等級(jí)進(jìn)行評定。

現(xiàn)實(shí)的實(shí)際生產(chǎn)過程中，滾圈、輪帶等大型鑄件的熱處理一般為：正火+回火，用來達(dá)到細(xì)化晶粒，穩(wěn)定組織的作用，使其具備超聲波探傷要求（有底波）；在其熱處理正火冷卻過程中，主要的冷卻方式為：自然風(fēng)冷和風(fēng)扇風(fēng)冷等兩種，對于一般質(zhì)量小、體積小的鑄件，用兩種方法可以滿足技術(shù)要求；然而，由于自然風(fēng)冷卻等冷卻速度的限制，大型的滾圈、輪帶等需要兩次甚至三次正火+回火才能夠達(dá)到細(xì)化晶粒的目的，超聲波探傷才能夠有底波，造成了成本的提高，不利于實(shí)際生產(chǎn)。為了解決在實(shí)際過程中出現(xiàn)的兩次甚至三次正火+回火才能細(xì)化晶粒的難題，通過設(shè)計(jì)一套熱處理工裝[1]，提高其正火過程中的冷卻速度，同時(shí)，使?jié)L圈、輪帶等厚大型鑄件冷卻均勻，達(dá)到一次正火回火就能細(xì)化晶粒，超聲波探傷中有底波。

1 實(shí)驗(yàn)

外徑5900mm，內(nèi)徑5100mm，高度850mm，毛重6300kg左右滾圈四件，材質(zhì)ZG35SiMn，電弧爐熔煉，水玻璃砂造型。熱處理爐為天然氣爐，型腔規(guī)格為10000×7500×4000，兩側(cè)各均勻分布五個(gè)噴火嘴，天然氣爐拖車有效載荷為200噸；CTS-9006超聲波探傷儀，熱處理工裝[1]一套。

第一組爐次為不使用熱處理工裝，正火冷卻方式為自然風(fēng)冷卻；熱處理拖車上放置六件墊塊，高度600mm左右，將兩件滾圈放置在墊塊之上，兩件滾圈上下堆放，滾圈中間間隙超過150mm，鑄件放置天然氣熱處理爐中間位置。

第二組爐次為使用熱處理工裝[1]，熱處理工裝實(shí)用為：先將熱處理工裝組裝好，然后接通風(fēng)包，組裝完畢之后，在厚大鑄件出天然氣爐之前，用吊車吊起，預(yù)留在鑄件出爐后位置的正上方，然后鑄件在天然氣爐保溫結(jié)束后，拉出天然氣爐，吊車吊的熱處理工裝落下，讓熱處理工裝在鑄件周圍；這時(shí)滾圈擺放方式和第一組爐次一樣。

以上兩個(gè)爐次的熱處理工藝一樣，只有正火過程中的冷卻方式不一樣。第一組爐次自然冷卻，第二組爐次使用熱處理工裝冷卻。

圖1 第一組爐次中兩件滾圈擺放方式以及自然風(fēng)正火冷卻方式

圖2 熱處理工裝三維設(shè)計(jì)圖

圖3 熱處理工裝組裝完畢

圖4 熱處理工裝吊起，找預(yù)停留位置

圖5 第二組爐次中兩件滾圈擺放方式以及用熱處理正火工裝冷卻方式

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

熱處理正火+回火之后，將滾圈外的氧化皮去除，用超聲波探測器對其進(jìn)行超聲波探傷。

探傷結(jié)果：第一組爐下面的滾圈2/3以上區(qū)域存在無底波現(xiàn)象，上面的滾圈1/2以上區(qū)域存在無底波現(xiàn)象，不符合超聲波探傷要求，不能進(jìn)行超聲波探傷。

第二爐次，上下兩件滾圈都有底波，符合超聲波探傷要求，能夠進(jìn)行超聲波探傷。

3 分析和討論

第一組爐次中兩件滾圈都存在無底波現(xiàn)象，主要因?yàn)樽匀伙L(fēng)冷卻速度有限，風(fēng)量受到廠房、天然氣爐位置等客觀因素影響比較多，風(fēng)量分散不能集中，沒有足夠的風(fēng)量使?jié)L圈熱量散發(fā)，厚大型鑄件內(nèi)部熱量不能通過自然風(fēng)快速帶走，導(dǎo)致厚大型鑄件熱量散發(fā)慢；同時(shí)，由于自然風(fēng)的方向單一，只有一側(cè)位置的冷卻速度快，而其余位置冷卻速度慢，導(dǎo)致熱量分布不集中，有的冷卻下來，組織開始改變，而其余地方熱量沒有散發(fā)還沒有發(fā)生組織改變，達(dá)不到晶粒細(xì)化要求，所以導(dǎo)致鑄件內(nèi)部晶粒粗大，沒有底波。

第二組爐次中兩件滾圈都有底波，主要因?yàn)闊崽幚砉ぱb存在，熱處理工裝能夠使風(fēng)包內(nèi)的壓縮風(fēng)集中集中起來，通過工裝內(nèi)側(cè)出氣孔，風(fēng)量均勻分布在滾圈周圍，持續(xù)不斷對滾圈進(jìn)行冷卻，滾圈的熱量能夠持續(xù)的被帶走，同時(shí)，風(fēng)量集中并持續(xù)不斷的均勻分布在滾圈周圍，也防止了由于冷卻速度不同導(dǎo)致滾圈鑄件的變形，冷卻速度能夠達(dá)到鑄件內(nèi)部晶粒細(xì)化要求，從而晶粒比沒有用熱處理正火工裝的細(xì)小，超聲波探傷有底波，符合超聲波探傷要求。

4 結(jié)論

（1）熱處理工裝能夠增加滾圈正火時(shí)的冷卻速度，達(dá)到細(xì)化內(nèi)部晶粒的目的，超聲波探傷有底波，符合超聲波探傷要求，能夠進(jìn)行超聲波探傷。

（2）滾圈、輪帶等厚大型鑄件正火時(shí)進(jìn)行自然冷卻，冷卻速度不夠，一次正火+回火很難使晶粒細(xì)化，超聲波探傷時(shí)沒有底波，不符合超聲波探傷要求。

（3）熱處理正火工裝能夠加快滾圈、輪帶等厚大型鑄件在熱處理正火時(shí)的冷卻速度，一次正火+回火能夠進(jìn)行探傷，節(jié)省了大量的生產(chǎn)成本，符合實(shí)際生產(chǎn)要求。