磨煤机磨辊轴套补焊修复工艺

摘要：本文通过对ZG270-500铸钢焊接性能进行分析探讨，借鉴并改进原有焊接工艺，对磨煤机磨辊轴套浇铸沙眼缺陷进行挖补焊接修复，修复后构件完全满足长周期满负荷运行工况要求。

关键词：ZG270-500;磨辊轴套;补焊

中图分类号：TG455    文献标识码：A    文章编号：1671-2064（2019）16-0000-00

0 引言

2018年3月，我厂8号炉C级检修中，在磨A磨辊轴套颈部发现2处较大沙眼，经外部初步探查沙眼直径≥6mm、深度≥12mm，若继续使用极有可能导致轴套漏油。该磨辊轴套材质为ZG270-500，综合分析磨辊轴套的材质及工况条件，决定对沙眼缺陷采用局部挖补的补焊工艺进行修复。缺陷外观见图1所示。

1 对铸钢的材料分析

在铸钢的铸造过程中，为保证其有足够的强度、塑性和韧性，含碳量在0.15%～0.60%间，ZG270-500含碳量达到0.4%属于中碳铸钢。由于铸钢的浇铸温度较高，浇铸件的形状比较复杂，对铸件凝固条件的控制相对困难，而且浇铸之后不进行锻压加工，所以铸钢的晶粒比较粗大，晶粒间常存在非金属杂质形成的脆弱面。因此，铸钢的性能往往比成分相近的碳钢要差。

2 ZG270-500的焊接性分析

2.1 ZG270-500化学成分分析

由于铸钢在浇铸时要保证良好的流动性，同时又要具备较高的强度和韧性，所以在制造的过程中，加入了较多的合金元素，使其化學成分与性能相近的碳钢相差很多。ZG270-500与Q345的化学成分对比见表1。

通过化学成分对比发现，ZG270-500含碳量远远高于Q345B，随着含碳量的增加焊接性随之下降。在焊接的过程中，母材中的杂质元素更容易向焊缝中过渡，裂纹倾向更加明显。

2.2 ZG270-500力学性能分析

通过对ZG270-500与Q345B力学性能对比发现，ZG270-500在强度指标略低于Q345B的情况下，其塑性、韧性却明显低于Q345B，这也从侧面反映出ZG270-500的焊接性能要比Q345B差。ZG270-500与Q345B力学性能对比见表2。

2.3 ZG270-500的碳当量分析

使用国际焊接学会（IIW）推荐的碳当量公式计算：

通过计算，ZG275-500的碳当量约为0.46%。一般情况下，金属材料的焊接裂纹敏感系数随着其碳当量的增加而相应增大，当碳当量值大于0.4%时，在焊接热影响区极易形成淬硬组织并导致裂纹产生。另外，铸钢是通过铸造的方式得到的钢材，结构复杂，晶粒粗大晶间杂质较多，化学成分不均匀，焊接性比普通的碳素钢差，当焊接材料选用不当或焊接参数选择不合理时极易产生裂纹和偏析等缺陷。

3 机加工清除磨辊轴套沙眼缺陷

（1）使用角磨等机加工工具彻底清除沙眼缺陷;（2）随着打磨深度的增加，需相应控制打磨凹坑周边的坡度，便于后续焊接工作的进行;（3）沙眼清除后应进行着色或磁粉检验，以确保缺陷已完全清除;（4）按照焊接工艺要求对焊接处周边的锈蚀进行打磨清理^[1]。打磨及清理情况见图2所示。

4 磨辊轴套补焊焊接工艺

4.1 焊接方法的选择

由于补焊面积范围较小，SMAW比GMAW热输入小且操作更加灵活，因此选用SMAW进行补焊。焊接电源选用逆变直流电焊机，采用直流反接。

4.2 焊接材料的选择

ZG270-500焊接性能较普通碳素钢和低合金钢明显下降，焊接时容易产生裂纹等缺陷，因此选用塑性和韧性较好的低氢型焊条。采用焊接性良好，强度等级接近于母材的J507焊条作为补焊材料^[2]。J507焊条力学性能见表3。

为最大限度减小焊接热输入，选用Φ2.5mm焊条。焊条使用前经350～400℃烘干处理，烘干时间1～2h，使用时焊条需置于保温筒中。

4.3 焊接参数的选择

ZG270-500铸钢焊接性能较差，焊接中易产生裂纹及偏析，同时ZG270-500与J507焊条在化学成分和力学性能上也存在一定差异，所以应尽可能采用低参数、弱规范焊接。详细参数见表4。

4.4进行适当焊前预热

一般情况下，当碳当量≥0.45时，铸钢的预热温度为150～200℃，可采用火焰加热。考虑到磨辊轴套为圆形筒体铸件结构，在进行局部补焊时受到的拘束度较大，因此在实际操作中采用200℃预热温度，加热范围不小于补焊位置周边200mm范围。

4.5 焊接操作方法的运用

焊接时应采用多层多道快速焊接方法，将每层焊道的厚度控制在3mm以内，同时避免连续不间断的施焊，采用自内而外，自下而上循序渐进的分段焊接，最大限度的降低焊接热输入。焊接过程中为避免层间温度低于预热温度，可通过火焰补充加热的方法来控制层间温度，直至将打磨的凹坑填充完毕。补焊后外貌见图3所示。

4.6 焊后热处理

焊后立即进行热处理，消除应力并降低热影响区的硬度。采用红外加热装置在补焊区域慢速均匀加热至250℃，保温2小时后覆盖保温材料缓冷。

4.7 焊后检验

焊接工作完成后使用角磨将焊缝表面打磨平整，确认没有气孔、夹杂、咬边等外观缺陷。随后采用着色检验的方法，对补焊区域进行检验，未发现裂纹等缺陷。缺陷消除后外貌见图4所示。

5 结语

铸钢件结构复杂，且晶粒粗大组织不均匀，给焊接带来一定困难。在对ZG270-500铸钢进行较为细致的分析后，总结铸钢焊接时需要注意的问题，通过选择正确的焊接参数和操作方法，在磨辊轴套补焊修复过程中加以应用，并经过探伤检验证明了补焊工艺的正确性。

参考文献

[1] 沈阳晨，魏建军.铸钢件焊接及缺陷修复[M].机械工业出版社，2015.

[2] GB/T 7659-2010.焊接结构用铸钢件[S].

收稿日期：2019-07-02

作者简介：汤亚杰（1979—），男，河北南宫人，本科，毕业于西安交通大学，电焊高级技师，助理工程师，研究方向：电力设备焊接工艺创新应用。