焊接预保护和修复技术的应用及发展前景浅析王成文太原重型机械集团有限公司技术中心 太原 030024摘要:论述了焊接预保护和修复技术的基本范畴及其与可持续发展的关系介绍了焊接预保护和修复技术的主要特点通过一些典型零件的焊接预保护和修复技术应用及其成功使用的实例探讨了未来焊接预保护和修复技术的发展前景为企业正常生产合理降低维修成本做出贡献关键词预保护技术 焊接修复 应用 发展0 前言在很长的时间里机械加工业仍将以金属结构加工为主体其加工技术不断提高在我国重型机械装备的技术开发和生产应用中采用焊接预保护技术提高产品表面性能和焊接修复金属结构等技术为大型重点工程建设和国民经济发展做出了重大贡献1 焊接预保护和修复技术与可持续发展随着功能材料技术性能与生产成本的综合要求金属材料复合制造技术使用的越来越多常用焊接预保护方法主要是指表面堆焊即采用高合金表面堆焊复合强化的设计及工艺发挥高合金金属层的优异性能保护基体材料延长零件使用寿命减少贵重金属消耗降低制造成本实现良好的功能价值比达到人类合理利用资源的最佳效果焊接修复是采用各种焊接技术恢复机械设备及零件的使用性能实现机械设备零件的再生焊接修复具有结合强度高费用低熔敷速度快等特点应用广泛焊接修复技术具有良好的技术经济价值利用了原有金属零件部件以修理局部缺陷恢复整体功能的形式缩短企业停机停产时间具有投入成本低技术复杂等技术经济特点制造金属结构要进行矿产采掘能源开发人力劳动形成大量工业废弃物可持续发展追求技术经济生态环境的综合平衡但地球上矿产储备及生态环境的承受能力有限因此物质的合理使用与再生利用是人类活动经济发展的必然要求因此金属结构焊接预保护和焊接修复技术是人类可持续发展能够使用的技术手段之一2 焊接预保护技术在重型机械生产中的应用2.1 斗轮式挖掘机铲齿预保护堆焊斗轮式挖掘机是矿山采掘主要设备磨料为矿石煤炭采掘时铲齿磨损十分严重为此采用复合技术制造铲齿基体为20Mn 铸件调质处理HB197 229 采用堆焊焊条EDPCrMo A4 03 4mm 及药芯焊丝KY9 2 1.6mm 进行堆焊堆焊两层厚度为5mm EDPCrMo A4 03 堆焊层硬度HRC50 用于打底堆焊KY9 2 是金属型有缝药芯焊丝采用CO2 气体保护焊焊接规范参数I=240260A U=25 28V 堆焊层硬度HRC55 用于堆焊工作面堆焊时铲齿预热100 150 焊后空冷堆焊层硬度检测为HRC62 经过矿山1000 小时工业性试验达到产品技术要求已完成铲齿堆焊200 件保证采掘工作顺利进行2.2 大型水压机柱塞预保护堆焊大型水压机柱塞是水压机工作时的主要传力和移动部件要求柱塞表面具有耐磨耐蚀耐冲击等性能大型水压机柱塞表面强化工艺是在基体材料表面进行马氏体不锈钢堆焊堆焊层硬度要求HRC42 75MN 大型水压机柱塞的外形尺寸为直径1840mm 重达二十余吨由于零件堆焊面积大选用埋弧焊焊丝为H2Cr13 4mm 并配合碱性烧结焊剂SJ101 焊道搭接量为焊道宽度的1/2 焊前预热150 200 进行两层堆焊第一层焊接电流470 480A 第二层焊接电流540 550A焊后后热250 2h 并缓冷再经450 4h 消应力退火热处理切削加工并保留厚度3mm 的堆焊层堆焊层加工后进行表面着色探伤检查硬度试验结果为HRC44 采用预保护堆焊工艺已成功地制造了多台大型水压机柱塞2.3 大型精锻机锤头预保护堆焊随着精密锻造技术的发展精锻机锤头表面不仅要有一定的红硬性而且要有一定的耐高温疲劳性能精锻机锤头堆焊采用焊条电弧焊和钨极氩弧焊两种方法焊条电弧焊堆焊过渡层采用GHNi50 5mm 焊条焊前烘干350 2h 钨极氩弧焊堆焊工作层采用HGH520 8mm 镍基合金焊丝由于基材碳当量较高焊前需要预热350 后热处理并进行550 6h 消应力退火处理焊后表面探伤检查不允许产生裂纹未熔合等缺陷精锻机锤头堆焊层硬度为HRC45 50 采用预保护堆焊工艺已生产多套精锻机锤头最佳时可生产火车轴12000 根工作寿命达到进口精锻机锤头的1.5 倍实现精锻机锤头制造技术国产化总之通过斗轮式挖掘机铲齿堆焊大型水压机柱塞堆焊大型精锻机锤头堆焊等焊接预保护应用实例及其良好的使用服务说明焊接预保护技术在提高重型机械使用性能方面发挥了重要作用3 焊接修复技术在重型机械生产中的应用3.1 大型水压机立柱的焊接修复我公司生产的三梁四柱结构水压机有一立柱加工失误造成立柱中部长度约420mm 区域直径严重超差2.5mm 立柱长度为10 900 mm 直径560 mm 有较高的形位公差表面粗糙度要求材料为45 钢锻件调质处理重量16 T 出现缺陷时工件仅留有0.30 0.60 mm 加工余量在焊接修复中采用CO2 气体保护焊MG50 1.2 mm 焊丝利用加工车床动力系统控制焊接速度实现自动焊接立柱水平放置并支撑控制变形采用远红外线加热装置进行局部预热T 200层间温度160 220 焊接规范参数I =300 A U =36 V V=11 cm/min 连续焊接35 kg 焊丝焊后进行300 4 h 的后热处理并采用DWK A 型电脑热处理设备进行520 2 h 的局部消应力热处理焊后质量检查合格节约价值约10 万元3.2 大型轧机组连接轴的焊接修复大型初轧机连接轴有四处裂纹裂纹深度10 30mm 累积长度600mm 并处于受力区域要求修复后等强度匹配恢复力学性能连接轴材料为40CrNiMo 钢用角磨机清理裂纹并采用红外线加热技术局部预热350 400 采用富氩气体熔化极保护焊焊丝为进口的NiCrMo2.5IG 实芯焊丝保护气体为82%Ar+18%CO2 混合气体小电流断续焊焊后进行后热处理和消应力退火处理4005h 修磨焊缝后进行着色探伤未发现裂纹未熔合夹渣等缺陷硬度等技术指标符合用户要求成功地完成高强度锻件的修复节约大量资金3.3 大型轧机铸轧辊的焊接修复某铝厂的两根铸轧辊因表面腐蚀磨损需要大面积堆焊厚度5 10mm 并严格控制焊接变形铸轧辊每根重量约4 T 直径为520 mm 材质为42 CrMo 调质处理根据修复要求加工去除表面锈蚀层并确定堆焊基准采用远红处线加热技术局部加热300 控制层间温度300 350采用富氩气体保护焊焊丝为NiMo1IG 1.2 mm 保护气体为80%Ar+20%CO2 混合气体焊接时对称操作使用焊丝500 kg 堆焊面积超过8 m2 焊后后热处理300 6 h 着色探伤检查未见裂纹夹渣剥离等缺陷铸轧辊变形量小于0.5 mm 两根铸轧辊的成功修复为用户节省资金20 万元延长了铸轧辊的工作生命周期3.4 大型压机机架顶板焊接修复25000kN 压机属于焊接框架结构由于压机使用达到一百万次以上压机机架上部结构产生严重的疲劳开裂裂纹达20 余米压机机架顶板120mm 已基本破碎难以保证压机的正常工作采用 CO2 气体保护焊药芯焊丝YJ 502Ni 1.2 mm 修复压机机架顶板裂纹并补强整块厚钢板材料SM50B 120mm 采用多层多道焊控制焊接变形和残余应力使用焊丝600 公斤完成焊缝50 余米焊缝探伤检查合格成功的修复为用户节省大量资金也为大型焊接结构的修复积累了经验综上所述采用焊接修复技术修理了大量齿轮轴等金属零件及焊接结构节约资金缩短维修时间不仅可以免去再次采矿冶炼锻造退火粗加工调质等生产工序减少矿产开发能源消耗环境污染而且缩短产品加工周期延长其使用寿命特别是省去的工序恰恰又是生产流程中能耗大污染大工作条件差的工序所以可以节省约40% 80%能源使得焊接修复成为一种具有良好力学性能先进的绿色生产具有可持续发展的特点4 结论焊接预保护和焊接修复技术是现代机械工程中实用先进技术具有技术含量高经济效益好等特点符合发展中国家的国情及人类发展的要求焊接预保护和修复技术将推动产品设计制造技术的改进符合可持续发展战略具有良好推广价值和发展前景参 考 文 献1 王成文等.大型调质钢零件焊接修复技术的研究及应用H-IC-034-99 .北京机械工业出版社哈尔滨焊接研究所19992 王成文等.TZY91029 1999 铸锻件补焊通用工艺规程.太原重型机械集团有限公司19993 王成文等.展望二十一世纪焊接修复工程的发展前景.兵器材料科学与工程 1999.139 1424 王成文等.预保护堆焊技术在重型机械生产中的应用.首届中国北方焊接学术会议太原2000 139 142作者简介王成文男1965 年生高级工程师太原重型机械(集团)有限公司技术中心冷焊所 副所长焊接工艺焊接试验技术开发联系人 王成文联系地址山西太原重型机械(集团)有限公司技术中心冷焊所 030024联系电话0351 6362634_