750吨剪切机齿轮内孔堆焊修复

吴玉宁

摘 要 机床零部件在使用过程中由于磨损等原因造成零部件的损坏，导致机床整机报废或停机现象，小机床不明显，对于大机床来说修补有很高的经济价值，可以挽回不必要的经济损失，通过对机床齿轮修复方法及工艺特点的分析及焊修事例的论述，说明修复的工艺要点，证明焊补修复工艺是值得推广的一项实用技术。

关键词 齿轮；内孔；焊修

中图分类号：TG455 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）07-0083-02

该设备从日本引进，其损坏部件为齿轮，其外径达2016 mm，内孔为￠310 mm厚度为430 mm的铸造钢结构。内孔与轴磨损严重，键严重被滚，不能正常使用，要重新铸造并铣齿加工，其外购厂家少，从日本进口的周期长，且价格贵达20多万，该设备如不能正常运转将严重影响锻造分厂的正常生产，因此制定了抢修计划及工艺。精车轴外径→铣键槽→堆焊齿轮内孔→车、磨内孔→插键槽的工艺过程。从该过程可知我们缺乏的是堆焊这种材料的实际经验。对修复可能出现的问题缺乏认识。因此必须从多方面入手，以达到成功修复的目的，由于本人实际参与该齿轮的修复工作，现就整个过程做以论述。该齿轮的外形及需修复的部位如图1所示。

图1 图1侧视图

1 确定材质及原始状态

通过公司专业人员对大齿轮的材质进行了提取化验，得出的结果：C：0.35%、Si：0.5%、Mn：1.17%、Cr：0.2%比较与35Mn2钢接近。硬度实验HB=269 Mpa，属调质状态，与35Mn2相比较：Si偏高，Cr含量偏低，因此属于Cr-Mn-Si系列的中碳调质钢。

2 工艺制定

零件的工作状况及其一般工艺方式：

首先从碳当量计算Ceq=C+Mn/6+Si/24+Cr/5+Mo/4+Ni/15%（适用于中碳钢、高碳钢及低合金钢的碳当量计算）计算得出该齿轮材料炭当量为Ceq=C+Mn/6+Si/24+Cr/5=0.6%。由于含碳当量高，造成焊接性差，淬硬倾向高，韧性低，因此焊接困难。因此按一般工艺方式，中碳调质钢都是在退火状态下焊接，修复完了再进行调质处理，而恢复到原始状态。但这只适合调质状态的毛坯件或留有加工余量的工件，对于该齿轮属于成品件，只对修复处进行加工，而对于外形及齿部都要保证原样，如果在退火状态下修复，肯定会引起齿部的变形，而无法恢复，因此需在调质状态下焊接。

3 工艺措施

通过齿轮外圆找正来测内孔，发现内孔磨损严重偏心，且偏心量在3 mm左右，齿轮轴修复后的尺寸为￠305 mm，而孔最大的直径在315 mm因此堆焊最小单面量应在7 mm以上，才能保证内孔的修复。为此我们首先根据齿外圆找中心，划出焊接参照线，并打冲眼。如图2所示。

图2

根据中碳调质钢的焊接性和加工性以及为了保证焊缝与材料在相同的热处理条件下获得相同的工艺性能的要求，我们选用D107（见表1）焊条进行多层多道的堆焊修复。步骤为焊前整体预热，中间炉内保温，焊后去应力回火，车磨内孔，插键槽的修复过程。

每一步工序的的工艺参数：

1）预热温度：中碳调质钢焊接时，为了防止冷裂纹，必须提高预热温度，一般可控制在250℃～300℃之间，考虑到当时修复的时间是冬天，冷速快，而且齿轮内孔壁厚，拘束度大，所以预热温度应高些，所以最终确定为300℃～350℃。

2）堆焊操作：

①焊条选用D107 ￠4.0，电流170 A，电压：22 V～26 V，焊条烘干温度：150℃～250℃，保温两小时，随取随用。

②焊机选用：ZX7-500（逆变焊机）。

③接法：直流反接。

④位置：两个人一组分布齿轮内孔左右，同时施焊，采用平焊、短段跳焊法。焊接位置如图3所示。

图3

⑤层数：一般位置焊3层，磨损严重部位焊4-5层。

⑥手法：第一层采用快速不摆动焊，后几层采用慢速大摆动堆复。

⑦注意事项：焊前清理必须干净，每一次施焊前需用打磨机及锉刀修出金属表面；每层间必须除渣，断弧处除渣后再引弧，中间接头处每层错开。由于键槽处被加宽8 mm，考虑键槽被滚过，为了节省材料，因而只在键槽的两个侧面堆焊3 mm堆层。

⑧检查：堆焊层是否够量，可以通过之前划出的样冲眼来定划规检查，如果都在￠300以内即可。并检查无焊接缺陷如夹渣、裂纹、大气孔等。

3）层间保温度：由于生产中采用两台焊机同时操作，因而堆焊过程中温度下降较小，在中间休息时或第一层打底焊结束后都将其放入炉内保温，保温进行消氢处理温度为250℃，时间1 h以上。

4）焊后去应力回火：回火温度应低于母材调质温度且高于预热温度，差值在50℃以上，而Mn-Si系列调质钢存在回火脆性，必须避开此温度范围，而且下降速度要快，因此制定了下面的工艺曲线，如图4。

图4

5）车、磨内孔、插键槽（略）。

4 总结

这次堆焊经过1天1夜，两台焊机同时作业，并在热处理分厂的紧密配合下，圆满的完成了堆焊修复任务。在机加工的过程中未发现裂纹及夹渣等缺陷。该齿轮装机后已超负荷运行了8年，实践证明，当初制定的焊接修复工艺措施是完全合理的。通过对该齿轮的修复也让我们从中探索出了一套焊接中碳调质钢的新工艺及宝贵经验，并对Mn钢的回火脆性也有了进一步的了解。

参考文献

[1]焊工手册（手工焊接与切割）.

[2]机械加工.endprint