35CrMoA风机主轴焊接修复工艺

吴显宏+李庆枫

【摘 要】 通过对35CrMoA材质的焊接性分析和主轴结构分析，根据工程现场实际情况，合理选择焊材和焊接及热处理工艺参数，对风机主轴的磨损部位进行焊接修复。修复后轴经机床精加工后，风机连续7个月运行正常，为同类轴的焊接修复提供了可行的方法。

【关键词】 35CrMoA 风机主轴 磨损 焊接修复

越南冒溪工程在#1炉检修过程中发现， B引风机主轴非驱动端轴承位严重损伤，磨损深度最深位置约10mm左右，主轴磨损情况见图1。

由于检修工期较短，重新采购主轴所需时间较长，无法满足机组重新启动的工期要求，因此采用现场补焊的方法对其进行修复。

1 概述

该引风机主轴材质为35CrMoA，在调质状态下供货。35CrMoA是一种中碳低合金结构钢，在调质状态下有很高的静力强度、冲击韧性及较高的疲劳极限，淬透性较40Cr高，高温下有高的蠕变强度与持久强度，长期工作温度可达500℃；冷变形时塑性中等，焊接性差。其化学成分见表1。

35CrMoA调质状态下的力学性能见表2。

2 35CrMoA焊接性分析

2.1 冷裂敏感性

用碳当量法进行焊接性分析，碳当量越大，淬硬倾向越大，越易产生冷冷裂纹。当CEV<0.4%时，钢材焊接冷裂倾向不大；当0.4%≤CEV<0.6%时，钢材焊接冷裂倾向较显著，焊接性较差；当CEV>0.6%时，钢材焊接冷裂倾向严重，焊接性能很差。

对于C≥0.18%的低合金结构钢材料焊接性分析，通常采用国际焊接学会（IIW ）推荐的碳当量计算公式来评价：

CEV=[C+Mn/6+（Cr+Mo+V）/5+（Ni+Cu）/15]*100%

根据厂家提供的材质质量证明书中的化学成分计算，主轴的CEV为0.66，表明该钢材焊接冷裂倾向严重，焊接性能很差。因此，在焊接过程中应采取焊前预热，控制焊缝中的含氢量和降低焊接接头应力等措施。

2.2 热裂纹敏感性

由于35CrMoA中碳含量高，导致S、P偏析倾向变大，结晶裂纹倾向增大；并且由于35CrMoA中碳及合金含量高，熔池的结晶温度区间大，亦导致结晶裂纹倾向增大。因此，在焊接过程中，应尽量选用含碳量比母材低、硫磷等杂质少的焊材，并且焊接操作时应注意填满弧坑及保证良好的焊缝成形。

2.3 过热区脆化

由于中碳调质钢具有相当大的淬硬性，在焊接热影响区的过热区内很容易产生硬脆的高碳马氏体。冷却速度越大，生成高碳马氏体就越多，脆化也就越严重。由于小热输入量可减少高温停留时间，避免奥氏体晶体过热增加奥氏体内部成分的不均匀性，从而降低其稳定性；预热和缓冷能降低冷却速度，改善过热区性能。因此，焊接过程中宜采用小焊接热输入并采取预热、缓冷等工艺措施。

2.4 热影响区软化

中碳调质钢在调质状态下焊接时，热影响区上凡是加热温度高于母材回火温度至Ac1的区域，由于碳化物的积聚长大而使得钢材软化，软化区的软化程度和宽度与焊接热输入有关，热输入越小，加热和冷却速度越快，受热时间越短，其软化程度和宽度就越小。因此，焊接时应采用热能集中、热输入较小的焊接方法，以减小软化区间和软化程度。

3 焊接工艺措施

由于施工现场条件限制，主轴只能在调质状态下焊接；并且主轴需要修补的整个磨损的轴承面，修补厚度最大近10mm，修补的焊缝受扭矩力的作用，需要考虑强度因素。结合35CrMoA的焊接性，制定了以下焊接工艺：

3.1 焊前打磨

焊前对待修补面用角磨机进行打磨，去除轴承位的氧化层、油、锈等对焊接有害的杂质，并打磨去除尖锐的凸起层，整个待修补面露出金属光泽，并圆滑过渡。

3.2 焊前预热及层间温度控制

根据母材材质，选择预热温度为200～300℃，使用远红外电阻加热，整个焊接过程保证层间温度在200～300℃，使用热处理温控仪全程控温。

3.3 焊接方法

与母材结合的第一层和次层，使用GTAW方法焊接，以减小母材过热区的脆化和热影响区软化，剩余堆焊层使用SMAW方法焊接，以提高焊接效率。

3.4 焊接材料

轴越接近表面，承受的扭矩力越大，选择焊接材料时需要考虑强度和成分的影响；又考虑母材的热裂敏感性，需选择含碳量比母材低、硫磷等杂质少的焊材，因此选用与35CrMoA成分相近的TIG-R30焊丝和E5515-B2（R307）焊条。

3.5 焊接工艺参数（见表3）

3.6 焊接操作工艺

（1）焊接前，用石棉布包扎待焊部位两端的轴和轴端螺纹部位，以防止焊接飞溅损伤螺纹和轴面。

（2）焊条使用前，在350℃下烘焙1h，放入100～120℃的保温筒内，随取随用。

（3）由于待焊轴面直径为200mm，如果安排两名焊工同时施焊，轴所受的热输入量过大，t8/5变大，造成热影响区软化加剧。因此安排一名焊工，按照圆周方向焊接，焊接顺序见图2

（4）焊接时采用多层多道焊，当整个轴面焊接完一层后再进行下一层的焊接。采用小线能量进行焊接，在保证熔合良好的情况下，尽量减小电流，并控制焊层厚度不大于3mm。施焊中层间接头错开至少20mm，注意接头和收弧质量，收弧时应将熔池填满，以免产生弧坑裂纹。

（5）堆焊厚度比轴设计尺寸高2～3mm，以留出机加工余量。

3.7 焊后热处理

堆焊完成后，经外观检验合格后，立即进行焊后回火处理，焊后热处理采用局部电阻加热的方法。由于轴是在调质状态下焊接，焊后不再进行调质处理，焊后回火温度，应控制在比母材淬火后的回火温度低50℃，避免造成母材回火软化，因此确定回火温度500℃。由于补焊焊缝厚度大概为13mm，堆焊部位直径200mm，确定升降温速度60℃/h，高温区恒温4h，300℃以下不控制降温速度。预热及焊后热处理曲线如图3。

4 无损检验

焊接热处理后，对主轴堆焊部位进行PT检验，未发现裂纹等开口性缺陷；机加工完毕后，对轴进行PT和UT检验，未发现超标缺陷。

5 结语

主轴堆焊修复后，修复部位经机床精加工，尺寸达到了原设计精度要求，风机重新装配后，振动值在标准范围内，运行平稳良好，已连续运行7个月，无任何异常。实践证明，该焊接工艺能用于35CrMoA风机类轴的大面积磨损的修复，能降低检修成本，缩短检修工期，具有实用价值。

参考文献：

[1]《焊接工程师手册》—陈祝年编著，机械工业出版社，2002年.

[2]《火力发电厂焊接技术规程》（DL/T869-2012）—中国电力出版社.

[3]《火力发电厂焊接热处理技术规程》（DL/T819-2002）—中国电力出版社.

[4]《合金结构钢》（GB/T 3077-1999）—中国标准出版社.endprint

【摘 要】 通过对35CrMoA材质的焊接性分析和主轴结构分析，根据工程现场实际情况，合理选择焊材和焊接及热处理工艺参数，对风机主轴的磨损部位进行焊接修复。修复后轴经机床精加工后，风机连续7个月运行正常，为同类轴的焊接修复提供了可行的方法。

【关键词】 35CrMoA 风机主轴 磨损 焊接修复

越南冒溪工程在#1炉检修过程中发现， B引风机主轴非驱动端轴承位严重损伤，磨损深度最深位置约10mm左右，主轴磨损情况见图1。

由于检修工期较短，重新采购主轴所需时间较长，无法满足机组重新启动的工期要求，因此采用现场补焊的方法对其进行修复。

1 概述

该引风机主轴材质为35CrMoA，在调质状态下供货。35CrMoA是一种中碳低合金结构钢，在调质状态下有很高的静力强度、冲击韧性及较高的疲劳极限，淬透性较40Cr高，高温下有高的蠕变强度与持久强度，长期工作温度可达500℃；冷变形时塑性中等，焊接性差。其化学成分见表1。

35CrMoA调质状态下的力学性能见表2。

2 35CrMoA焊接性分析

2.1 冷裂敏感性

用碳当量法进行焊接性分析，碳当量越大，淬硬倾向越大，越易产生冷冷裂纹。当CEV<0.4%时，钢材焊接冷裂倾向不大；当0.4%≤CEV<0.6%时，钢材焊接冷裂倾向较显著，焊接性较差；当CEV>0.6%时，钢材焊接冷裂倾向严重，焊接性能很差。

对于C≥0.18%的低合金结构钢材料焊接性分析，通常采用国际焊接学会（IIW ）推荐的碳当量计算公式来评价：

CEV=[C+Mn/6+（Cr+Mo+V）/5+（Ni+Cu）/15]*100%

根据厂家提供的材质质量证明书中的化学成分计算，主轴的CEV为0.66，表明该钢材焊接冷裂倾向严重，焊接性能很差。因此，在焊接过程中应采取焊前预热，控制焊缝中的含氢量和降低焊接接头应力等措施。

2.2 热裂纹敏感性

由于35CrMoA中碳含量高，导致S、P偏析倾向变大，结晶裂纹倾向增大；并且由于35CrMoA中碳及合金含量高，熔池的结晶温度区间大，亦导致结晶裂纹倾向增大。因此，在焊接过程中，应尽量选用含碳量比母材低、硫磷等杂质少的焊材，并且焊接操作时应注意填满弧坑及保证良好的焊缝成形。

2.3 过热区脆化

由于中碳调质钢具有相当大的淬硬性，在焊接热影响区的过热区内很容易产生硬脆的高碳马氏体。冷却速度越大，生成高碳马氏体就越多，脆化也就越严重。由于小热输入量可减少高温停留时间，避免奥氏体晶体过热增加奥氏体内部成分的不均匀性，从而降低其稳定性；预热和缓冷能降低冷却速度，改善过热区性能。因此，焊接过程中宜采用小焊接热输入并采取预热、缓冷等工艺措施。

2.4 热影响区软化

中碳调质钢在调质状态下焊接时，热影响区上凡是加热温度高于母材回火温度至Ac1的区域，由于碳化物的积聚长大而使得钢材软化，软化区的软化程度和宽度与焊接热输入有关，热输入越小，加热和冷却速度越快，受热时间越短，其软化程度和宽度就越小。因此，焊接时应采用热能集中、热输入较小的焊接方法，以减小软化区间和软化程度。

3 焊接工艺措施

由于施工现场条件限制，主轴只能在调质状态下焊接；并且主轴需要修补的整个磨损的轴承面，修补厚度最大近10mm，修补的焊缝受扭矩力的作用，需要考虑强度因素。结合35CrMoA的焊接性，制定了以下焊接工艺：

3.1 焊前打磨

焊前对待修补面用角磨机进行打磨，去除轴承位的氧化层、油、锈等对焊接有害的杂质，并打磨去除尖锐的凸起层，整个待修补面露出金属光泽，并圆滑过渡。

3.2 焊前预热及层间温度控制

根据母材材质，选择预热温度为200～300℃，使用远红外电阻加热，整个焊接过程保证层间温度在200～300℃，使用热处理温控仪全程控温。

3.3 焊接方法

与母材结合的第一层和次层，使用GTAW方法焊接，以减小母材过热区的脆化和热影响区软化，剩余堆焊层使用SMAW方法焊接，以提高焊接效率。

3.4 焊接材料

轴越接近表面，承受的扭矩力越大，选择焊接材料时需要考虑强度和成分的影响；又考虑母材的热裂敏感性，需选择含碳量比母材低、硫磷等杂质少的焊材，因此选用与35CrMoA成分相近的TIG-R30焊丝和E5515-B2（R307）焊条。

3.5 焊接工艺参数（见表3）

3.6 焊接操作工艺

（1）焊接前，用石棉布包扎待焊部位两端的轴和轴端螺纹部位，以防止焊接飞溅损伤螺纹和轴面。

（2）焊条使用前，在350℃下烘焙1h，放入100～120℃的保温筒内，随取随用。

（3）由于待焊轴面直径为200mm，如果安排两名焊工同时施焊，轴所受的热输入量过大，t8/5变大，造成热影响区软化加剧。因此安排一名焊工，按照圆周方向焊接，焊接顺序见图2

（4）焊接时采用多层多道焊，当整个轴面焊接完一层后再进行下一层的焊接。采用小线能量进行焊接，在保证熔合良好的情况下，尽量减小电流，并控制焊层厚度不大于3mm。施焊中层间接头错开至少20mm，注意接头和收弧质量，收弧时应将熔池填满，以免产生弧坑裂纹。

（5）堆焊厚度比轴设计尺寸高2～3mm，以留出机加工余量。

3.7 焊后热处理

堆焊完成后，经外观检验合格后，立即进行焊后回火处理，焊后热处理采用局部电阻加热的方法。由于轴是在调质状态下焊接，焊后不再进行调质处理，焊后回火温度，应控制在比母材淬火后的回火温度低50℃，避免造成母材回火软化，因此确定回火温度500℃。由于补焊焊缝厚度大概为13mm，堆焊部位直径200mm，确定升降温速度60℃/h，高温区恒温4h，300℃以下不控制降温速度。预热及焊后热处理曲线如图3。

4 无损检验

焊接热处理后，对主轴堆焊部位进行PT检验，未发现裂纹等开口性缺陷；机加工完毕后，对轴进行PT和UT检验，未发现超标缺陷。

5 结语

主轴堆焊修复后，修复部位经机床精加工，尺寸达到了原设计精度要求，风机重新装配后，振动值在标准范围内，运行平稳良好，已连续运行7个月，无任何异常。实践证明，该焊接工艺能用于35CrMoA风机类轴的大面积磨损的修复，能降低检修成本，缩短检修工期，具有实用价值。

参考文献：

[1]《焊接工程师手册》—陈祝年编著，机械工业出版社，2002年.

[2]《火力发电厂焊接技术规程》（DL/T869-2012）—中国电力出版社.

[3]《火力发电厂焊接热处理技术规程》（DL/T819-2002）—中国电力出版社.

[4]《合金结构钢》（GB/T 3077-1999）—中国标准出版社.endprint

【摘 要】 通过对35CrMoA材质的焊接性分析和主轴结构分析，根据工程现场实际情况，合理选择焊材和焊接及热处理工艺参数，对风机主轴的磨损部位进行焊接修复。修复后轴经机床精加工后，风机连续7个月运行正常，为同类轴的焊接修复提供了可行的方法。

【关键词】 35CrMoA 风机主轴 磨损 焊接修复

越南冒溪工程在#1炉检修过程中发现， B引风机主轴非驱动端轴承位严重损伤，磨损深度最深位置约10mm左右，主轴磨损情况见图1。

由于检修工期较短，重新采购主轴所需时间较长，无法满足机组重新启动的工期要求，因此采用现场补焊的方法对其进行修复。

1 概述

该引风机主轴材质为35CrMoA，在调质状态下供货。35CrMoA是一种中碳低合金结构钢，在调质状态下有很高的静力强度、冲击韧性及较高的疲劳极限，淬透性较40Cr高，高温下有高的蠕变强度与持久强度，长期工作温度可达500℃；冷变形时塑性中等，焊接性差。其化学成分见表1。

35CrMoA调质状态下的力学性能见表2。

2 35CrMoA焊接性分析

2.1 冷裂敏感性

用碳当量法进行焊接性分析，碳当量越大，淬硬倾向越大，越易产生冷冷裂纹。当CEV<0.4%时，钢材焊接冷裂倾向不大；当0.4%≤CEV<0.6%时，钢材焊接冷裂倾向较显著，焊接性较差；当CEV>0.6%时，钢材焊接冷裂倾向严重，焊接性能很差。

对于C≥0.18%的低合金结构钢材料焊接性分析，通常采用国际焊接学会（IIW ）推荐的碳当量计算公式来评价：

CEV=[C+Mn/6+（Cr+Mo+V）/5+（Ni+Cu）/15]*100%

根据厂家提供的材质质量证明书中的化学成分计算，主轴的CEV为0.66，表明该钢材焊接冷裂倾向严重，焊接性能很差。因此，在焊接过程中应采取焊前预热，控制焊缝中的含氢量和降低焊接接头应力等措施。

2.2 热裂纹敏感性

由于35CrMoA中碳含量高，导致S、P偏析倾向变大，结晶裂纹倾向增大；并且由于35CrMoA中碳及合金含量高，熔池的结晶温度区间大，亦导致结晶裂纹倾向增大。因此，在焊接过程中，应尽量选用含碳量比母材低、硫磷等杂质少的焊材，并且焊接操作时应注意填满弧坑及保证良好的焊缝成形。

2.3 过热区脆化

由于中碳调质钢具有相当大的淬硬性，在焊接热影响区的过热区内很容易产生硬脆的高碳马氏体。冷却速度越大，生成高碳马氏体就越多，脆化也就越严重。由于小热输入量可减少高温停留时间，避免奥氏体晶体过热增加奥氏体内部成分的不均匀性，从而降低其稳定性；预热和缓冷能降低冷却速度，改善过热区性能。因此，焊接过程中宜采用小焊接热输入并采取预热、缓冷等工艺措施。

2.4 热影响区软化

中碳调质钢在调质状态下焊接时，热影响区上凡是加热温度高于母材回火温度至Ac1的区域，由于碳化物的积聚长大而使得钢材软化，软化区的软化程度和宽度与焊接热输入有关，热输入越小，加热和冷却速度越快，受热时间越短，其软化程度和宽度就越小。因此，焊接时应采用热能集中、热输入较小的焊接方法，以减小软化区间和软化程度。

3 焊接工艺措施

由于施工现场条件限制，主轴只能在调质状态下焊接；并且主轴需要修补的整个磨损的轴承面，修补厚度最大近10mm，修补的焊缝受扭矩力的作用，需要考虑强度因素。结合35CrMoA的焊接性，制定了以下焊接工艺：

3.1 焊前打磨

焊前对待修补面用角磨机进行打磨，去除轴承位的氧化层、油、锈等对焊接有害的杂质，并打磨去除尖锐的凸起层，整个待修补面露出金属光泽，并圆滑过渡。

3.2 焊前预热及层间温度控制

根据母材材质，选择预热温度为200～300℃，使用远红外电阻加热，整个焊接过程保证层间温度在200～300℃，使用热处理温控仪全程控温。

3.3 焊接方法

与母材结合的第一层和次层，使用GTAW方法焊接，以减小母材过热区的脆化和热影响区软化，剩余堆焊层使用SMAW方法焊接，以提高焊接效率。

3.4 焊接材料

轴越接近表面，承受的扭矩力越大，选择焊接材料时需要考虑强度和成分的影响；又考虑母材的热裂敏感性，需选择含碳量比母材低、硫磷等杂质少的焊材，因此选用与35CrMoA成分相近的TIG-R30焊丝和E5515-B2（R307）焊条。

3.5 焊接工艺参数（见表3）

3.6 焊接操作工艺

（1）焊接前，用石棉布包扎待焊部位两端的轴和轴端螺纹部位，以防止焊接飞溅损伤螺纹和轴面。

（2）焊条使用前，在350℃下烘焙1h，放入100～120℃的保温筒内，随取随用。

（3）由于待焊轴面直径为200mm，如果安排两名焊工同时施焊，轴所受的热输入量过大，t8/5变大，造成热影响区软化加剧。因此安排一名焊工，按照圆周方向焊接，焊接顺序见图2

（4）焊接时采用多层多道焊，当整个轴面焊接完一层后再进行下一层的焊接。采用小线能量进行焊接，在保证熔合良好的情况下，尽量减小电流，并控制焊层厚度不大于3mm。施焊中层间接头错开至少20mm，注意接头和收弧质量，收弧时应将熔池填满，以免产生弧坑裂纹。

（5）堆焊厚度比轴设计尺寸高2～3mm，以留出机加工余量。

3.7 焊后热处理

堆焊完成后，经外观检验合格后，立即进行焊后回火处理，焊后热处理采用局部电阻加热的方法。由于轴是在调质状态下焊接，焊后不再进行调质处理，焊后回火温度，应控制在比母材淬火后的回火温度低50℃，避免造成母材回火软化，因此确定回火温度500℃。由于补焊焊缝厚度大概为13mm，堆焊部位直径200mm，确定升降温速度60℃/h，高温区恒温4h，300℃以下不控制降温速度。预热及焊后热处理曲线如图3。

4 无损检验

焊接热处理后，对主轴堆焊部位进行PT检验，未发现裂纹等开口性缺陷；机加工完毕后，对轴进行PT和UT检验，未发现超标缺陷。

5 结语

主轴堆焊修复后，修复部位经机床精加工，尺寸达到了原设计精度要求，风机重新装配后，振动值在标准范围内，运行平稳良好，已连续运行7个月，无任何异常。实践证明，该焊接工艺能用于35CrMoA风机类轴的大面积磨损的修复，能降低检修成本，缩短检修工期，具有实用价值。

参考文献：

[1]《焊接工程师手册》—陈祝年编著，机械工业出版社，2002年.

[2]《火力发电厂焊接技术规程》（DL/T869-2012）—中国电力出版社.

[3]《火力发电厂焊接热处理技术规程》（DL/T819-2002）—中国电力出版社.

[4]《合金结构钢》（GB/T 3077-1999）—中国标准出版社.endprint