球磨机中空轴缺陷焊接修复工艺研究

2018-01-24赵宏明

金属加工(热加工) 2018年1期

■ 赵宏明

1. 概述

滑动轴承即在滑动摩擦状态下工作的轴承，其特点是工作中运行稳定，噪声低，可承受较大载荷，通常应用于重型动力机械装备领域，如球磨机、棒磨机、管磨机等。滑动轴承结构主要包括轴套和轴承衬。中国有色（沈阳）冶金机械有限公司生产的球磨机是广泛应用于冶金行业的选矿设备，其工作运行方式是靠中空轴的360°圆周滑动运行，带动球磨机整体实现工作，中空轴是球磨机的关键部件，它属于滑动轴承被支撑的轴套部分，与轴套相配套的支撑体是轴瓦。加工车间在进行中空轴生产加工时，粗加工后发现一件轴套存在缺陷。针对此情况，需要制定工艺措施，进行修复处理。

2. 中空轴结构形式

此中空轴外形呈“轴颈”形，材质为ZG310—570，其力学性能和化学成分如表1和表2所示。中空轴外形尺寸较大，轴壁厚较大（最小壁厚115mm），如图1所示。在进行中空轴外径粗加工完成后，发现宽50mm范围整圈内部存在分布不均、不同程度的铸造气孔、夹渣缺陷。若整体报废必然造成很大经济损失，且会造成交货拖期，因此决定通过清除缺陷，采取焊接方法进行修复。

3. 情况分析

针对中空轴的缺陷情况，需要对50mm范围整圈缺陷清除掉并焊补，然后再进行外表面加工处理。而轴套外径已粗加工完，焊接时必须对表面进行防护。焊接时，整个360°圆周方向都需要焊接，圆周受热面积较大，且中空轴整体刚性较大，因此焊接时必须考虑焊接缺陷的预防和焊接应力的消除。由于焊接的区域面积较大，即焊接时轴套整体受热面积较大。因此必须做好整体过程控制，并制定合理的焊接修复工艺，才能使保证修复效果。

图1 中空轴外形结构

表1 主要化学成分（质量分数）（%）

表2 力学性能

4. 焊接性分析

中空轴的材质是ZG310—570。

按照国际焊接学会（IIW）推荐的碳当量公式进行计算得出碳当量约为0.81%，因此其焊接性较差，其冷裂纹敏感倾向大，焊接时因淬硬倾向大，而容易产生焊接裂纹缺陷。同时，由于中空轴结构刚性大，焊接时焊缝必然会产生较大内应力，增加焊接裂纹的风险。因此，焊接时必须做好焊前预热、层间温度控制及焊后热处理，以降低接头冷却速度，改善组织的性能，减少冷裂倾向的几率。

5. 修复工艺

（1）焊接预热温度计算根据计算出的碳当量数值，利用经验公式可以计算得出焊前预热温度291.6℃，因此焊前预热温度选定≥300℃。

（2）清除缺陷及加热由于裂纹呈圆周带状分布，故采用机械加工方法将整圈裂纹彻底清除，并形成有利于焊接的槽型部位，槽深6mm，如图2所示。加工清除缺陷后，进行着色及磁粉探伤，直至确保缺陷彻底清除后再进行焊接修复。焊前将槽型部位及周围20mm范围内的油污、杂质等清除干净；焊接前使用电磁感应加热器对待焊补部位及周围150mm区域进行加热，达到温度300℃后，再开始进行修复焊接。

（3）焊材选用为了便于操作控制，采用焊条电弧焊，焊接材料选择低氢焊条，由于工作时需要与轴瓦接触并旋转，因此焊接必须考虑强度，最终选用的焊条牌号定为J557，规格φ3.2mm。

（4）焊接过程控制为了提供合适的焊接操作位置，可将中空轴平稳坐落于电动旋转托轮架上，保证中空轴转动自如无干涉，调整电动旋转托轮架的转动速度满足焊接速度。焊工借助焊接平台跨放于中空轴上方位置，实施焊接操作，如图3所示。

在焊接过程中，保证层间温度≥300℃，随时使用红外线测温枪进行测温，如果低于此温度，则停止施焊，重新加热到300℃，再进行焊接；调整焊接电流90～125A，电弧电压20～26V，焊接速度300～350mm/min；焊接时焊枪不应作过大的横向摆动，焊接速度不宜过快，焊道焊接顺序如图4所示。焊道间的重叠量不得小于焊道宽度的1/3，每焊完一层，要用圆头风铲对焊缝表面进行轻度敲击，以消除焊接应力，且用钢丝刷将焊缝表面清理干净后，再继续焊接。如果埋弧焊，则每焊完一层则及时清理焊渣。在盖面时，在两侧边缘熔合线处多焊一层，以防止在此处产生裂纹。

（5）焊后处理焊后立即用硅酸铝毯进行覆盖，自然缓冷到室温后，先粗磨焊道表面，然后进行表面机械精加工处理。

（6）检查对外表面进行超声波和着色渗透探伤检验，没有发现裂纹及其他缺陷，确定修复后的中空轴满足修复要求。