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板式给矿机的减速机轴与联轴器的焊接与修复工艺

发布者:鑫程机械  发布日期:2017-11-24

本文通过在检修现场对减速机轴与联轴器 俗称“接手”,出现松动现象。对它们的材质进行分析后,采用攻丝与焊接选择合适的焊接材料和制定合理的焊接工艺,成功地焊接了减速机轴(40CrNiMoA)与联轴器(灰铸铁)之间的焊缝,了焊接质量和接头性能。 

  攀钢矿业公司密地选矿厂的板式给矿机的减速机轴与减速机ML/LM系列梅花形联轴器 俗称“接手”因其间隙过大而出现松动现象被迫停产的紧急情况下。既无备件又无现场精加工条件;同时不能预热和保温的情况下,利用原有报废的“接手”采用在靠近减速机的一侧按90°平分为四等份,在这四个方向钻孔攻丝并用?16mm的螺栓紧固,达到钳工术语中的“点”固定的要求后。在接手靠电机一侧,使用Ni357焊条焊接过渡层,再使用THJ857Ni焊条焊接填充层和盖面层,加之合理的焊接工艺措施,完满足设备的使用性能。 

  1 焊接性分析 

  (1)减速机轴它的材质是40CrNiMoA钢(外文名40Cr steel)属于Q345钢的中碳调质钢,这种钢屈服强度达到880MPa-110MPa以上,它的含碳量较高(C:0.25-05%),并加入了Mn、Si、Cr、Ni、MO、w、Ti等多种合金元素,以钢的淬透性,消除回火脆性。再经过调质处理,以获得其佳的综合力学性能淬透性高于45钢的高强度钢。(40CrNiMoA的化学成分表1及力学性能表2)①(185页∽187页引用)。 

  经调质并高频表面淬火后用于制造具有高的表面硬度及性而无很大冲击的零件,如齿轮、套筒、轴、主轴、曲轴、心轴、销子、连杆、 螺钉、螺帽、进气阀等。此外,这种钢又适于制造进行碳氮共渗处理的各种传动零件,如直径较大和低温韧性好的齿轮和轴以及电机轴等。 

  (2)40CrNiMoA的焊接性。40CrNiMoA钢是属于低合金高强度钢,它具有焊接热影响区的脆化和裂纹两个主要的焊接问题之外,还具有应力腐蚀开裂敏感性②。 

  焊接难点1: 焊接热影响区的脆化和软化。 

  40CrNiMoA钢属于中碳调质钢,由于含碳量高、合金元素多,钢的淬硬倾向大,Ms点低,因而在淬火区产生大量的脆硬马氏体,导致严重电机轴的脆化,焊接前为调质状态,热影响区被加热到超过调质处理的温度回火温度区域时,将出现强度和硬度低于母材的软化区。如果焊后不再进行回火处理,该软化区可能成为降低接头强度的薄弱区。设备事故突发性和减速机不能拆解体的情况下,只有焊前不预热和焊后不再进行回火处理,成为控制电机轴的热影响区脆化和软化是此次焊接技术的难题之一。 

  焊接难点2: 裂纹。40CrNiMoA钢的淬硬倾向大,近缝区出现粗大马氏体组织,增大了焊缝的冷裂纹倾向。为了提高抗裂性,应尽量降低焊缝的含氢量,并采用焊前预热和焊后热处理;40CrNiMoA中的合金元素含量高,焊缝凝固结晶时,结晶温度区间大,偏析倾向也很大,因而焊接时具有较大的热裂纹敏感性。为了控制热裂纹,采用含碳量不超过0.25%的焊接材料 

  (3)联轴器的材质是灰铸铁,它是以中碳以片状的石墨化形式存在,断口为灰色,因此而得名。力学性能非常低,所以一般认为灰铸铁的石墨相当于金属基体中的裂纹,因此削弱了基体的性能,(灰铸铁的化学成分表3) 

  (摘自GB/T 9439-1988)HT表示灰铸铁,随后的数字表示抗拉强度。 

  灰铸铁几乎没有塑性和韧性。以铁素体为基体的灰铸铁,其强度低,以球光体为基体的灰铸铁,其强度高。在灰铸铁所有牌号中以HT200及HT150两种应用广泛汽车的缸体和机床以及机械设备中的减速机缸体、“接手”等。 

  (4)灰铸铁焊接性较差,特别是在手工电弧焊时,如果焊条选择不当或者没有采取一些特殊的焊接工艺,在焊接过程中易产生一系列缺陷,这些缺陷中危害以焊接接头易出现白口组织及脆硬组织和焊接接头易出现裂纹尤为严重。在突发事故的生产现场和不可能进行减速机拆解的情况下,只能采取冷焊灰铸铁的焊接工艺,冷焊后焊接接头难控制其焊接缺陷,①白口组织及脆硬组织 在补焊灰铸铁时,往往在熔合线处生成一层白口组织,甚至整个断面全部白口化,由于白口组织脆而硬,难以进行机械加工。产生白口组织主要原因有两个方面:一方面由于焊缝冷却速度快,特别是熔合线附近的焊缝金属是冷却速度快的地方;另一方面是焊条选择不当,及焊缝中石墨化元素含量补充不足造成的。②裂纹 焊接灰铸铁时易产生热应力裂纹和热裂纹,常见的是热应力裂纹产生裂纹的原因的是灰铸铁的塑性接近零,抗拉强度又低,焊接时焊缝强度往往高于母材,则母材牵制不住焊缝收缩,使结合处母材剥离。 


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