浅析轧机轴承座常见缺陷及修补方法*

史瑞峰

(常州宝菱重工机械有限公司制管分公司， 江苏 常州 213019)

浅析轧机轴承座常见缺陷及修补方法*

史瑞峰

(常州宝菱重工机械有限公司制管分公司， 江苏 常州 213019)

介绍了轧机轴承座的常见缺陷，从轴承座铸造及加工环节入手，着重探讨了这些缺陷的预防措施、处理方法和补焊要领。

轧机轴承座； 密集型线状缺陷； 气孔； 砂眼； 裂纹

引 言

轧机轴承座(以下简称“轴承座”)主要包括：工作辊轴承座、中间辊轴承座和支承辊轴承座三种，以铸钢件为主。铸钢件轧机轴承座材质主要包括：ZG230-450、ZG35CrMo、ZG35SiMn等几种。在轴承座加工中发现，轴承座毛坯缺陷较多，很多产品到了精加工状态仍有缺陷存在，常常影响生产进度。其原因是：

(1)钢的铸造性能较差：铸造时，钢水流动性差，铸钢件形成缩孔、热裂、冷裂及气孔的倾向均比铸铁要大。

(2)结构问题：轴承座壁厚极其不均匀，而且厚壁面与薄壁面的尺寸相差较大，尤其是支承辊轴承座更为明显。这一特点给毛坯铸造带来了一定的难度。

(3)焊接性能差：部分材质铸钢件焊接性能较差，而很多铸钢件厂家焊工水平参差不齐，在毛坯缺陷补焊时，没有严格按照操作要领执行，焊接应力无法释放，使得补焊部位产生裂纹等缺陷。

(4)质量要求提高：客户对产品要求不断提高，就轴承座而言，很多客户均要求轴承座在制造过程中进行超声波探伤(UT)及磁粉探伤(MT)。

现代科技的发展，铸造设备及工艺的不断进步，使得轴承座的毛坯质量已经有了长足的进步，但是仍有部分缺陷经常出现，且难以根除，须引起足够的重视，并加以研究、解决。

1 常见毛坯缺陷及预防措施

1.1 气孔

轴承座的气孔主要位于零件表面或近表面处，呈单个或聚集成片状。颜色为白色或带一层暗色，有时覆有一层氧化皮。

气孔的主要预防措施包括：

(1)控制气体含量：使用洁净、干燥的炉料，限制炉料的含气量，减少熔炼时金属的吸气量；浇包要进行烘干、烫包；适当提高浇注温度，以利于气体扩散。

(2)控制浇注过程：浇注时控制好压头和速度，保证钢水平稳充填砂型型腔，避免产生紊流，防止卷入气体。

(3)减少发气量：控制型(芯)砂水分及发气原料的含量，减少砂型在浇注过程中的发气量；不使用受潮、生锈或有油污的冷铁和芯撑等。

(4)改善砂型的透气性：选择合适的砂型紧实度，提高砂型和型芯的透气性；合理安排出气眼，使砂型(芯)内气体能顺利排出。

(5)增加气体进入金属液的阻力：合理设计浇注系统，避免浇注时卷入气体；在砂型(芯)表面涂刷涂料，以减少金属-铸型的界面作用。

1.2 砂眼

砂眼是一种常见的铸造缺陷。它是由于金属液从砂型型腔表面冲下来的砂粒(块)，或者在造型、合箱操作时落入型腔中的砂粒(块)来不及上浮、进入浇冒系统，而留在铸件内部或表面而形成的。砂眼对于轴承座的危害很大，尤其在轴承座要求较高的内孔或薄壁面出现时往往很难处理，常常导致产品报废。

砂眼的主要预防措施包括：

(1)严格控制型砂性能，提高砂型(芯)的表面强度和紧实度，减少毛刺和锐角，减少冲砂。

(2)合箱前把型腔和砂芯表面的浮砂处理干净，并平稳合箱；如果是明冒口或贯通出气眼，应避免散砂从中掉入型腔，合箱后要尽快浇注。

(3)设置正确合理的浇冒系统，避免金属液对型壁和砂芯的冲刷力过大。

(4)浇口杯表面要光滑，不能有浮砂。

1.3 裂纹

铸件因有害元素产生的裂纹分为热裂和冷裂。热裂主要由S元素引起，多为不规则形状，裂口处金属表皮氧化；冷裂主要由P元素引起，裂口较直，开裂处有金属光泽。同时，由于轴承座壁厚极不均匀，且轴承座壁厚改变突兀，使得轴承座毛坯在尺寸变化处也较易产生裂纹。

裂纹的主要预防措施包括：

(1)增强砂型和砂芯的退让性。

(2)严格控制炉料及钢水中的S,P元素含量。

(3)调节铸件各部位冷却速度，避免铸件局部过热，在厚、大断面或热节处放置冷铁，适当分散内浇道，使铸件各部位温度趋向均匀；浇冒口不应阻碍铸件的收缩。

(4)铸件浇注完毕后，不能过早开箱。

以上预防措施中后两条尤其值得注意，根据经验，大多数轴承座的裂纹都与此有关。

1.4 密集型线状缺陷

除了上述几种缺陷外，在实际生产中，对轴承座进行荧光磁粉探伤时，常能发现某些部位有密集型的线状缺陷，单个缺陷的长度大多在1～5 mm之间，缺陷数量有几十甚至上百条不等。此类缺陷多出现在内孔部位，尤其是薄壁面最为常见。一般认为，该缺陷是在铸造过程中产生的微裂纹，但也可能跟铸件内部组织疏松有关。

此类缺陷对轴承座质量影响很大，其处理难度也较高，如发生在薄壁面，则常常由于补焊后焊接应力释放导致内孔变形，从而造成轴承座报废。因此，建议对于发现有此类缺陷存在的轴承座，在精加工至成品前留0.1 mm余量，增加一道MT探伤及修补的工序，以减少成品轴承座补焊变形造成报废的风险。

2 缺陷的处理方法

2.1 缺陷的识别

通常情况下，轴承座粗加工后(留有3～5 mm余量)，应进行一次超声波探伤，半精加工后(留有0.5 mm余量)和精加工至成品后各进行一次磁粉探伤；在任何一个环节如发现缺陷，都应立即将缺陷挖除并进行补焊，探伤合格后进入下道工序。

对于半精加工后发现有密集型线状缺陷的轴承座，往往在成品探伤时依然存在大量缺陷，此时如果大面积补焊，在焊接应力的作用下，轴承座极易变形，导致尺寸超差报废。因此，需在成品前留0.1 mm左右余量，再加一次磁粉探伤，如发现缺陷，立即补焊，之后精磨至成品再进行成品磁粉探伤。

2.2 缺陷的挖除

轴承座出现缺陷的部位应进行挖除，其方法包括手工打磨和机械加工。缺陷挖除干净的标准是超声波、磁粉或者渗透探伤合格，切忌用肉眼做判断。

2.2.1 手工打磨

多数情况下，缺陷的挖除都应采取手工打磨的方法，主要采用工具包括砂轮片和硬质合金旋转锉两种。

2.2.2 机械加工方法挖除

对于比较大的缺陷，或者手工打磨无法挖除的缺陷应采取机械加工的方法挖除，且在不同的加工状态下应掌握不同的标准。如开挖深度超过以下标准，则产品应做报废处理，以免影响轴承座使用寿命。

2.2.2.1 粗加工状态

(1)线性缺陷(如裂纹等)：用机加工方法去除缺陷时，开挖深度原则上不超过本缺陷所在平面壁厚的2/5。圆孔处缺陷开挖深度原则上应≤50 mm。

(2)非线性缺陷(如夹渣、夹砂、气孔等)：用机加工方法去除缺陷时，开挖深度原则上不超过本缺陷所在平面壁厚的2/5。厚度≥150 mm的部位，则开挖区域原则上不超过60 mm×50 mm×200 mm(深×宽×长)。

2.2.2.2 半精加工状态

(1)线性缺陷(如裂纹等)：用机加工方法去除缺陷时，开挖深度不超过本缺陷所在平面壁厚的1/3。圆孔处缺陷开挖深度原则上应≤35 mm。

(2)非线性缺陷(如夹渣、夹砂、气孔等)：用机加工方法去除缺陷时，开挖深度不超过本缺陷所在平面壁厚的1/3。厚度≥140 mm的部位，开挖区域不超过45 mm×50 mm×100 mm(深×宽×长)。

2.2.2.3 精加工状态

精加工至成品状态发现的小缺陷，原则上不采用机械加工方法，只采用手工打磨的方法去除缺陷。

2.3 缺陷的补焊

轴承座毛坯缺陷的补焊原则上采用氩弧焊。氩弧焊的优点是：氩弧焊为明弧施焊，操作、观察方便，且氩弧焊的电弧燃烧稳定，热量集中，弧柱温度高，焊接生产效率高，热影响区窄，所焊部位焊接应力小，变形及产生裂纹的倾向均较小。

在施焊过程中应掌握以下原则：

(1)根据轴承座的材质选择合适的焊丝(如表1所示)；

(2)补焊部位采用局部预热的方法，推荐使用火焰加温，半成品缺陷较多时也可采用陶瓷加热带(如图1所示)覆盖加热。根据材质的不同选择正确的预热温度(如表1所示)。

图1 陶瓷电加热带

(3)采用火焰加热时，禁止使用猛火或氧化性火焰加热。加热过程中，喷火嘴与工件表面应相距10～15 cm，且要保持一定时间，以确保工件心部也达到预热温度。

(4)补焊过程中，每焊一层都要进行回火处理(如表1所示)，以消除焊接应力；

(5)焊接过程中要采取防风措施，禁止吹风扇和有过堂风时焊接。

表1 常见材质的轴承座补焊参数

3 结束语

实践证明，当轴承座在加工中发现存在毛坯缺陷时，采用正确的处理方法，可以大大降低轴承座因毛坯缺陷而报废的风险，保证轴承座的正常使用寿命。

[1] 陆文华，李隆盛，黄良余.铸造合金及其熔炼[M].北京：机械工业出版社，1997.

[2] 刘云龙.焊工技师手册[M].北京：机械工业出版社，2008.

2015-08-04

史瑞峰，男，工程师。电话：13775104126；E-mail:shiruifeng@cblhi.com

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