轧机压下铜螺母的堆焊修复工艺研究

莱芜钢铁集团机械制造有限公司 （山东 271104） 李玉凤 张庆魁 王 盛 李向荣

1.概述

轧机压下铜螺母是轧机的主要工件，材质一般为铜合金，起调节轧板厚度的作用。它与压下螺钉、压下减速箱、液压AGC等共同组成轧机的压下系统；如果铜螺母产生间隙会造成颤动，在使用到一定周期后，内部螺纹丝扣必然产生不同程度的磨损，丝扣壁磨损严重的，甚至会造成裂纹，导致失效。近几年，随着钢产量的提高、品种钢比例的提高，压下频率增加、轧制力加大，加剧了压下铜螺母的磨损失效。而铜螺母的精度失效，直接影响到轧制工艺、轧制效率及产品质量，并且容易造成整个压下装置的连动失效，从而影响了设备的正常运行和生产。

如重新制作一件200kg左右的铜螺母，生产成本可达2万元，而且制作工期也比较长。为了节约采购成本，缩短制作工期，经过缜密的研究及实践后，决定采用熔化极氩弧焊对铜螺母进行修复。

（1）焊接性分析 轧机压下铜螺母材质为QAl9－4，化学成分和力学性能如表1、表2所示。

表1 QAl9－4铝青铜化学成分及标准

表2 QAl9－4铝青铜室温拉伸力学性能

QAl9－4为含铁的铝青铜，有较高的强度、减摩性和良好的耐蚀性，在热态下压力加工性良好，可电焊和气焊。

（2）技术要求 ①焊接技术规范要求应符合YB/T036.11。②焊缝全部为连续焊缝，所采用的焊丝为LJ－6378，φ1.2mm。③焊缝高度应满足机械加工余量要求。④焊前对工件进行预热。⑤焊接过程中应实时进行敲击减小应力，改善焊缝组织性能，焊后进行热处理消除残余内应力。

2.焊接工艺流程及焊前准备

焊接工艺流程：焊前准备工作→焊接→焊后质量检测。以下为焊前准备工作。

（1）焊接前铜螺母的检测 ①对需要修复的铜螺母进行着色探伤，检测螺纹处及端部键槽处有无裂纹及磨损情况。着色探伤时，先彻底清除表面的油污，喷涂洗涤剂，用干净的棉布擦拭，并用热风吹干，然后在表面喷涂红色渗透剂，使之形成均匀的薄膜，搁置10～30min，使渗透剂充分渗透到缺陷中，再用洗涤剂洗去表面渗透剂并擦干，最后在表面喷涂显像剂，便可看到裂纹的位置和大小。②测量实物数据与图样数据相比较并做出书面报告。③根据检测情况，将压下螺母磨损严重的螺纹全部加工去除，如附图所示。

加工去除螺纹后的铜螺母

（2）焊接材料的选择 为了提高铜螺母的强度和耐磨性，选用高强度的LJ－6378焊丝，φ1.2mm。由于堆焊层厚度、面积较大，为了提高生产效率、降低工人劳动强度，防止焊接烟尘和金属粉尘对焊工身体健康的危害，采用高纯氩气体保护焊，氩气纯度≥99.999%，露点≤－50℃，并符合GB/T4842规定。同时还可以降低电弧气氛的氧化性，防止夹渣物的产生。

（3）设备选择 焊接设备采用唐山松下KRⅡ350气体保护焊机。该焊机采用晶闸管来控制焊机的电流输出及送丝速度，焊机调整连续平滑稳定。焊机为平特性，主要用于CO2气体保护焊、MIG焊及MAG焊。

3.焊接工艺

（1）焊前预热 由于铜的导热性很高，焊接时热量极易散失，因此焊前必须预热。而且，预热也可改善焊接应力分布，减少应力腐蚀开裂的危险程度。预热时应将铜螺母堆焊区加热到230℃左右，并使堆焊区整个截面热透，且应维持到焊接结束。

（2）焊接参数 第一，焊接电流与电弧电压：焊接电流是确定焊缝成形的主要因素之一。

试验表明，当采用氩弧焊选择φ1.2mm的焊丝时，焊接电流为250～400A较为合适，这时可将弧长控制在喷射过渡区与短路过渡区之间，进行亚射流电弧焊接。

焊接铜螺母时，工件平放，为防止铜中毒，应保持空气流通，要短弧施焊，一般不应作横向摆动，焊接热输入宜稍大些。为了减少焊接飞溅，提高焊接质量，故选用焊接电流280～300A，焊接电压23～25V，气体流量20L/min。

第二，焊接速度：当焊丝直径、焊接电流、电弧电压为定值时，熔深、熔宽和每层的高度将随着焊接速度的增加而减小。

焊接采用多层焊法或多层多道焊法。焊接顺序为焊完第一层后，将焊道相对位置的焊道，用同样的焊接方法施焊，待铜螺母所有焊道第一层全部焊完后，再进行第二层焊接。焊接过程中注意实时用小锤头敲击焊道，以减小焊接应力，改善焊缝组织性能。待铜螺母整体焊好后，再进行热处理以消除残余内应力。

（3）注意事项 第一，焊丝的干伸长度控制：焊丝的干伸长度对焊接过程影响较大。焊丝的干伸长度越长，焊丝的电阻值越大，在焊接过程中易造成电弧不稳定，飞溅增大，焊缝成形差；同时气体保护变差，空气容易进入产生气孔。如果焊丝干伸长度过短，则焊接电流增大，喷嘴和工件距离缩短，影响操作者的焊接视线，焊缝成形差；并使喷嘴过热，使飞溅物粘住或堵塞喷嘴，使焊缝产生气孔，影响焊接质量。一般在焊接过程中，焊丝的伸出长度是焊丝直径的10～15倍最好。

第二，焊接质量的控制：焊接时应尽量减少焊接接头，若需要接头时，用角磨机把弧坑部位打磨成缓坡形，接头时焊丝顶端对准缓坡焊接，当焊丝燃烧到缓坡的最薄处，正常摆动焊丝即可。为保证焊接质量和防止变形，应使层与层之间的焊接方向相反，焊缝接头也相应错开。焊接即将结束时，焊枪不要马上离开弧坑，防止产生气孔、裂纹等缺陷。

4.焊后质量检测

（1）外观检测 焊缝不得有表面气孔、夹渣、裂纹、咬边、弧坑及内凹等缺陷，焊缝上的熔渣及飞溅物必须清除干净。

（2）尺寸检查 包括焊缝余高、焊缝余高差、焊缝宽度等，焊缝边缘应圆滑过渡到母材，堆焊层余量应满足机械加工的要求。

（3）无损检测 铜螺母堆焊区的每层焊缝以及整体焊完热处理前、后均应进行着色探伤，探伤合格后，方可进行机械加工。

在后续的螺纹加工过程中，未发现焊接缺陷，说明采用该焊接工艺进行铜螺母堆焊修复方案可行。

5.结语

（1）采用氩弧焊对铜螺母进行修复，效果较好，未发现任何焊接缺陷，深受客户欢迎。既为客户节约了资金，又节省了时间。

（2）氩弧焊属于明弧焊，熔池清晰可见，易于操作，且焊丝与母材熔合较好，焊接缺陷少。

生产实践证明，此工艺成本较低，经济性好，易于操作，值得推广。（20130802）