大型厚重易磨损低合金铸钢件修复工艺的探讨

韩方永

大型厚重易磨损低合金铸钢件修复工艺的探讨

韩方永

（中交广州航道局有限公司 广东省广州市 510000）

大型厚重易磨损低合金铸钢件在修复时根据碳当量评估材质可焊性，制定合理的焊接工艺。根据磨损量选择合适的修复方法，当磨损量较小时采用堆焊修复，通过制定合理的焊接工艺有效预防了冷裂纹的产生，当磨损量较大采用复板修复，大大减少了焊接工作量，减小了焊接残余应力和焊接变形量。构件表面采用耐磨焊条打网格或者盖面增强了构件表面抗磨能力。对于大型厚重易磨损低合金铸钢件修复、焊接以及增强构件表面抗磨损能力具有一定参考意义。

碳当量；焊接工艺；复板修复；耐磨焊条

绞刀头和斗轮都属于大型厚重低合金铸钢件。在工作时旋转绞泥，受到泥沙较强的冲击和摩擦作用，属于易磨损部件，因此要定期对绞刀头和斗轮进行修复。当磨损量较小时可以选择常规的堆焊方式修复，由于厚度较大，焊接时有一定的淬硬倾向，焊接过程还可能产生冷裂纹，因此必须制定合理的焊接工艺；当磨损量相对较大时（刀臂或大圈磨损掉的体积块厚度达20mm以上），如果采用堆焊修复，焊接工作量将会很大，过多的焊接会产生过大的焊接残余应力和变形量。因此磨损较小时，堆焊修复焊接工艺的制定，磨损较大时采用何种方式修复以及如何增强构件表面抗磨损的能力是值得深入探讨的问题。

1 低合金材质的焊接性分析

绞刀头和斗轮材质均为为ZG20SiMn，属于低合金铸钢件。材料化学成分和力学性能见表1。

表1 低合金铸钢件ZG20SiMn化学成分和力学性能

根据国际焊接学会推荐的碳当量计算公式[1]：

计算得出ZG20SiMn碳当量为0.287～0.463%，根据经验：

（1）当CE＜0.4%时，钢材的淬硬倾向不明显，可焊性优良，焊接时不必预热；

（2）当CE在0.40～0.60%时，钢材的淬硬倾向逐渐明显，需采取适当预热、控制线能量等工艺措施；

（3）当CE＞0.60%时，淬硬倾向很强，属于较难焊接的钢材，需要采取较高的预热温度和严格的工艺措施。

又根据美国金属学会提出的用于计算预热温度的碳当量CE经验公式：

当CE＜0.45%时，可不预热；

当CE在0.45%～0.60%之间时，预热100～200℃；

当CE＞0.60%时，预热200～370℃。该式适用于碳钢和低合金高强度钢。

计算得出ZG20SiMn碳当量CE为0.287～0.463%。

经过上述碳当量的计算可得知ZG20SiMn材质可焊性优良，根据碳当量的计算以及经验确定采用150～200℃预热，层间控制在100～150℃。

2 磨损量较小时的修复工艺

2.1 焊接材料的选用

相比手工电弧焊，CO2气体保护焊具有更的高焊接效率，因此宜选用CO2气体保护焊，焊丝选用E501T-1药芯焊丝。E501T-1为氧化钛型CO2气体保护焊丝，焊接工艺性能优良，电弧柔和稳定，飞溅小，脱渣容易，焊缝成型美观。适用于平焊和横焊，可进行全位置焊接，焊接效率高。焊缝金属经微量元素韧化处理，低温韧性优良，抗裂纹性好，内在质量可靠稳定。

2.2 堆焊焊接工艺

（1）由于母材厚度较大，具有一定的淬硬倾向，在冷却速度过快的情况下，容易出现冷裂纹，可以适当降低焊接速度，增加焊接电流，有助于避免马氏体等淬硬组织的形成，有利于氢的逸出避免产生氢裂纹，焊接电流 170～210A，电压 22～28V，焊接速度 12～20cm/min。

（2）预热是防止冷裂纹的有效措施，不预热不许焊接，预热温度100～150℃。

（3）堆焊时焊道宽度的重叠度≥焊道宽度的1/3。

（4）利用圆头小锤锤击焊缝使焊缝金属延展，抵消一些焊缝区的收缩，以降低内应力，锤击时机上一般以拉应力已开始形成，温度较高约（500～800℃）时锤击为好，这时金属具有较高的塑性和延展性。锤击力度要适中，过度会开裂，第一层和表面层不需锤击。

（5）层间温度控制在 100～150℃。

（6）焊接时径向位置对称施焊。

（7）焊后石棉布包裹缓冷。

3 磨损量较大时的修复工艺

3.1 磨损量较大时修复方式的选择当磨损量较大时，堆焊的工作量将会很大，过多的堆焊会造成较大的焊接残余应力。因此磨损量较大的低合金铸钢件，可以适当考虑选择复板的方式进行修复。复板修复后构件厚度与原始厚度相当，强度也基本相当。复板修复大大减少了焊接工作量，降低了成本，同时也减少了焊接残余应力和焊接变形量。

3.2 复板的材质

复板材质的选择理论上应与本体强度相当或优于本体，而且具有良好的焊接性能，对于ZG20SiMn材质，复板材质可以选择Q345B钢板。

3.3 复板的制作和安装工艺

当平面复板时，复板下料成平面扁铁形状即可；当曲面复板时，复板的曲率应与本体曲面曲率相同或相近，可采用冷弯，必要时结合水火弯板方法加工成曲率板。复板宽度的选择应根据制定的修复工艺选择合适的宽度。

复版安装时应尽量贴紧本体表面，可使用楔形尖与码板配合，挤压复板，必要时可借助千斤顶挤压复板，使复板贴紧本体。同时复板还应根据安装的位置开设相应坡口，使复板能较牢固的焊接在母材上。必要时可在复板上开设塞焊孔，进行塞焊。

3.4 复板修复的焊接工艺

复板修复时的焊接工艺参照磨损量较小时堆焊修复的焊接工艺，在施工过程中应按照所制定的焊接工艺进行焊接。

4 必要时可在构件表面耐磨焊条打网格或盖面增强表面抗磨损能力

当本体堆焊或者复板完成后，表面打磨光顺，曲面堆焊或复板时，表面应平滑过渡。为了增强构件抗耐磨能力必要时可在表面用D707或者DN-2103，φ4.0耐磨焊条打网格或者堆盖面焊。网格60×60，网格焊缝高度与宽度约为8mm。由于耐磨焊堆焊层金属硬度约HRC55左右，熔敷金属硬度很高，但是比较脆，堆焊厚度过大会造成焊缝脆裂形成较深的裂纹，容易剥落，当堆焊时耐磨焊条堆焊厚度4～6mm为宜，最大堆焊厚度不宜超过8mm。

5 结论

综上所述，对于大型厚重易磨损低合金钢构件修复时，首先根据碳当量评估材质焊接性能，制定合理的焊接工艺，根据材质化学成分和力学性能选择合适的焊材，制定合理的焊接工艺。实践证明表面耐磨焊条打网格或者堆盖面焊减少了施工过程中构件的磨损量，延长了使用周期，对于必要时增加表面抗磨损能力也具有一定参考意义。

[1]陈祝年.焊接工程师手册[M].北京：机械工业出版社，2010.

TG260

A

1004-7344（2016）33-0228-02

2016-10-26

韩方永（1986-），男，江苏沛县人，助理工程师，本科，研究方向为大型厚重易磨损低合金铸钢件焊接工艺方面。