球墨鑄鐵齒輪斷齒植絲補(bǔ)焊修復(fù)工藝研究*

胡戰(zhàn)明 秦尚宏 周 凱

(內(nèi)蒙古第一機(jī)械集團(tuán)股份有限公司,內(nèi)蒙古 包頭 014030)

1 球墨鑄鐵焊接性分析

首先對(duì)球墨鑄鐵齒輪和焊接材料Z308和A147焊條進(jìn)行化學(xué)成分分析,見表1。

球墨鑄鐵齒輪CE=C+〔Mn/6+Cr/5+Mo/5+V/5+(Ni+Cu)/15〕×100%=3.6 當(dāng)碳當(dāng)量值≥0.6時(shí)屬于難焊金屬,通過化學(xué)成分對(duì)比,Z308焊條符合灰鑄鐵滑塊焊接,由于含鎳量過高,導(dǎo)致熔滴過渡受阻,焊縫成型差但韌性較好,采用A147焊條焊接,含鎳量較低,熔滴過渡比較順暢,焊縫成型較好,具有一定韌性。

表1 化學(xué)成分對(duì)照表

2 焊接前準(zhǔn)備工作

2.1 球墨鑄鐵齒輪斷齒原因分析

彎板機(jī)工作時(shí)大傳動(dòng)齒輪并非一直連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng),它在下刀過程中齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)到一定區(qū)域時(shí),刀具與模具接觸后齒輪停止轉(zhuǎn)動(dòng),松開后齒輪反向轉(zhuǎn)動(dòng)刀具升起,齒輪局部齒條反復(fù)受剪切力作用必將使受力最多的齒條受損,長期疲勞作用下局部齒條根部出現(xiàn)微裂紋,裂紋在受到反復(fù)摩擦力作用下出現(xiàn)擴(kuò)展,導(dǎo)致齒條斷裂。如圖1所示。

圖1 彎板機(jī)傳動(dòng)齒輪

2.2 焊接設(shè)備選用

根據(jù)不銹鋼焊條A147的選用原則,該焊條屬于堿性藥皮特殊用途焊條,選用焊接設(shè)備盡可能選擇直流焊接電源,焊接電源為ZX7-400直流逆變手工電弧焊焊機(jī)。焊條選用A147奧氏體不銹鋼焊條,直徑為φ3.0和φ4.0兩種規(guī)格焊條。焊接電流選擇范圍80A-120A。

2.3 齒輪修復(fù)方法分析

球墨鑄鐵齒輪補(bǔ)焊難度非常高,焊接過程中極易產(chǎn)生白口組織,產(chǎn)生冷裂紋,在使用電弧熱焊時(shí)焊接區(qū)域處于奧氏體狀態(tài),焊接效果理想。由于該齒輪形態(tài)較大公司沒有相應(yīng)的加熱設(shè)備使其保持在700℃范圍內(nèi),只能采用鑄鐵冷焊方法焊接,這樣很難保證齒條補(bǔ)焊后的力學(xué)性能。

常規(guī)冷焊方法容易在齒條根部產(chǎn)生局部脆化組織,齒條的機(jī)械性能和長期的疲勞載荷還會(huì)使其斷裂,針對(duì)以上難題只能采用母材根部植絲法提高齒條的機(jī)械性能和疲勞強(qiáng)度。

3 齒條堆焊過程

齒條根部植絲過程,將齒輪從彎板機(jī)中拆除移到鉗工臺(tái),在需要補(bǔ)焊部位劃線并打好樣沖孔,方便鉆孔使用。

將齒輪吊到搖臂鉆臺(tái)面?zhèn)任贿M(jìn)行固定,采用螺桿壓塊將齒輪固定在工作臺(tái)側(cè)面,調(diào)整鉆床轉(zhuǎn)速,將轉(zhuǎn)速放慢到200γ/min,采用φ11.4錐柄麻花鉆,鉆出深度40mm底孔,再使用M12×1.5絲錐攻絲,先采用頭錐攻絲并在攻絲過程適當(dāng)加點(diǎn)機(jī)油,保證絲錐潤滑,攻二退一清理鐵銷,防止絲錐受力過大產(chǎn)生脆斷,以此類推頭錐攻絲完成后,使用二錐進(jìn)行攻絲,方法如上螺紋孔形成后,將M12螺栓擰入螺紋孔擰緊即可,如圖3所示。

圖2 植入螺栓

每處斷齒面植入3根螺栓,將螺栓高出齒輪齒條部分采用角磨機(jī)切割片切除,螺栓全部切除余高后,采用鋼絲刷清理干凈補(bǔ)焊面油污及砂輪片粉末。

堆焊前先將A147不銹鋼焊條烘干到200℃,保溫2小時(shí)充分去除焊條藥皮中的水分,防止在補(bǔ)焊過程中產(chǎn)生水汽進(jìn)入焊縫,這樣就會(huì)減少氫的攝入,防止焊縫由于氫致白點(diǎn)產(chǎn)生氫脆生成冷裂紋。

焊條烘干后放入焊條保溫桶進(jìn)行保溫,焊接時(shí)隨用隨取,拿出焊條蓋好蓋子,防止潮氣進(jìn)入焊條藥皮中。

焊接時(shí)先采用直徑φ3.0 A147不銹鋼焊條將螺栓根部與齒輪斷面焊接,焊接電流為80A,焊縫形成后停止焊接,采用圓形錘子敲打焊縫表面及齒輪與螺栓結(jié)合面,使焊接應(yīng)力充分釋放,測(cè)量焊縫溫度確認(rèn)溫度降至40℃時(shí),焊接第二根螺栓與齒輪結(jié)合面,以此類推所有螺栓與齒輪結(jié)合面全部焊接完成,敲打齒輪焊接部位直至整體溫度降至40℃以下停止敲打,如圖3所示。

圖3 螺栓根部與齒輪結(jié)合面焊接

螺栓根部全部焊接完成后,開始連接螺栓之間的焊縫,焊接過程依然采用短段焊縫,焊接熱輸入盡量保持小的焊接參數(shù),采用80安培小電流焊接,焊條直徑φ3.0 A147不銹鋼焊條,每焊完一層焊縫即刻停止焊接,采用小圓錘敲打焊縫及周邊熱影響區(qū),保證焊接狀態(tài)處于低應(yīng)力區(qū)域內(nèi)。

各螺栓連接完成后,開始進(jìn)行齒條形狀堆焊,焊接前采用激光切割齒輪模數(shù)樣板,根據(jù)樣板堆焊齒條形狀,堆焊層圍繞螺栓行進(jìn)行堆焊,底層焊縫尤為關(guān)鍵,焊接時(shí)采用小的焊接電流、快的焊接速度,每焊完一層焊縫即刻停止焊接,對(duì)焊縫及周邊組織進(jìn)行敲擊,將溫度控制在40℃以內(nèi),方可進(jìn)行第二道焊縫堆焊,測(cè)溫采用紅外線測(cè)溫槍進(jìn)行溫度控制。

4 齒條精修

齒條堆焊完成后進(jìn)行去應(yīng)力退火,因?yàn)樵撉蚰T鐵齒輪屬于珠光體球墨鑄鐵,所以去應(yīng)力退火溫度控制住500～600℃區(qū)間,保溫2小時(shí)當(dāng)齒輪溫度降至150℃時(shí),打開爐門進(jìn)行空冷,這樣焊接應(yīng)力即刻去除到95%以上。

齒輪溫度達(dá)到室溫后進(jìn)行打磨,先采用角磨機(jī)砂輪片進(jìn)行粗磨,按照事先做好的打磨樣板進(jìn)行打磨,齒條的打磨余量保持在1mm以內(nèi),采用涂抹丹紅進(jìn)行精修,拿精修樣板在齒條上往返刮磨,出現(xiàn)高點(diǎn)時(shí)需采用拋光片進(jìn)行修磨,精修余量達(dá)到0.5mm時(shí),采用丹紅整體進(jìn)行涂抹,再次使用齒輪模數(shù)樣板進(jìn)行往返測(cè)試,檢測(cè)高點(diǎn)位置使用直磨機(jī)小拋光輪進(jìn)行局部拋光打磨,所有打磨完成后采用水砂紙進(jìn)行精磨表面,達(dá)到齒輪面粗糙度要求,如圖4所示。

圖4 齒條精修狀態(tài)

5 結(jié)論

通過系統(tǒng)規(guī)劃維修補(bǔ)焊方案,該彎板機(jī)大型球墨鑄鐵傳動(dòng)齒輪得以修復(fù),補(bǔ)焊斷齒4根,采用植絲補(bǔ)焊法有效增強(qiáng)齒條的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度,提高傳動(dòng)齒輪的耐用性,經(jīng)過安裝運(yùn)行效果理想,節(jié)省維修換件時(shí)間30天,齒輪從拆卸、補(bǔ)焊、退火、打磨、安裝僅用5天完成,節(jié)約購買齒輪配件費(fèi)用3.8萬元,使設(shè)備盡快投入到生產(chǎn)中,該操作方法適合在高強(qiáng)度齒輪斷齒補(bǔ)焊中使用。