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新疆石河子天富热电厂 孔伟
新疆石河了焊接协会 孔繁荣
摘要：本文对重达1.5T的大型齿轮材质进行焊接性分析后,认为焊接修复工艺中,焊前预热是保证焊接质量的重要环节.通过参照“国产低合金钢焊接CCT图”中30CrMnMo钢的冷却曲线,准确地选定焊前预热温度,制定了较合理的焊接工艺,成功地堆焊修复了大型齿轮。
关键词：齿轮堆焊 预热 选定
一 、齿轮状况
96年5月某大厂两个大齿轮轮齿严重磨损无法使用。两齿轮，齿顶园均为Φ640mm,齿宽460MM,轮轴Φ220X1800mm,模数20,齿数28个,单个齿轮1.5T.每个齿幸免已磨损掉大部分如图(1):化学成分如表:
二、齿轮材质焊接性分析
1、按IIW推荐Ce计算公式,两齿轮Ce=0.61%.通常Ce>0.4%时,焊后热影响区硬度升高,焊接性下降,同时产生冷裂纹的可能性增加.硬度升高的原因是马氏体含量增加所致,参见图(@)
据此硬度的高低,可以粗略地判断裂纹倾向的大小和焊接性优劣.
所以,可以肯定两齿轮焊接性较差,焊后热影响区会产生较厚的马氏体组织的高硬度层,因两种钢均有较强的淬透性,在焊接应力的作用下,会出现大面积裂纹,甚至导致敷熔层与母材剥离,这是问题之一。
2、在很多情况下，焊接性的好坏，不但取决于Ce的高低,而且还取于冷却速度的快慢.冷却速度除了与环境温度有关外,更重要的是由焊件体积的大小所决定。
两齿轮均重达1.5T,加之有中轴散热,冷却速度必然很快,在上述问题的共同作用下,会加大裂纹的趋势。给焊修造成困难,后果严重,这是问题之二,也是突出的,要解决的主要问题。
例如:同一钢材即使是焊接性良好的16MnR.泠却速度过快,同样产生大量马芪组织,提高硬度,恶化焊接性,参看图(3)16MnRCCT图冷却曲线表、数据表。
从表中可以看出，如果其t8/5的冷却时间在4.5s之内(既从800度降低到500度地的时间),在16MnR的热影响区出现100%(马氏体)和50%M:当T8/5延长到10S时,出现了50%B(贝氏体)和50%M;当T8/5缓慢到20S后,热影响区组织的组成是F(铁素体)P(珠光体)和B,无M组织,综上所述,缓慢冷却在某种意义上讲,优化了热影响区的组织,这说时冷却速度的快慢,是决定焊接质量好坏的重要因素.
三、堆焊工艺制定
1、那么，如可解决上述问题，减少避免热影响区马氏组织的产生呢？此工艺并不复杂。既采用母材焊前预热,保持合适的层间温度,后热缓冷;同时要在施焊过程中用较大的线能量.从而达到降低堆焊层及热影响区的冷却速度,控制马氏体的含量和硬度.达到最大限度的减少热影响区的裂纹.
2、但是，因齿轮太大，升温困难，如何选定理想温度值也是问题。
首先参照产低合金钢焊接CCT图,解决预热温度值的问题.两齿轮质CE和CCT图册中的30CRMNMO钢CE=0.61%,相近.用该钢的冷却曲线中的6、7号线，冷却后所得到的组织为理想组织（100%B）。6、7号线从数据表上得出，其T8/5的冷却时间约为50S。再用“手工电弧焊线算图”找出预热温度350度,既把齿轮预热350度时,可以避免影响区马氏体的出现,保证焊接质量(参看附件).
3、选用E5015碱性电焊条Φ4.0mm,线能量保证不低于20KJ/mm(焊接电流200A,电弧电压25V,一根焊条要在45s烧完,焊道长度控制在10-15CM),采用多层多道焊,齿面用镇江产耐磨电焊条D908堆焊.
四、实施方法
1、工艺实施中难度较大的是焊前预热方法.因为光用氧--乙炔焰是达不到350度的理想温度.为此,挖一地炉,把齿轮架于炉上,用焦碳火把齿轮加热到200度,撤离炉顶,置于一面靠地炉,一面北地炉,以便于施焊.
然后用两把H01-20氧--乙炔焊枪,同时加热一个轮齿.当用表面温度计测定达到350度时,开始按已制定的工艺实施.
施焊方向按齿轮宽460mm左右往返;焊道顺序从齿底向齿尖排;每道互压1/3-1/2焊道宽度,以保证齿轮温度的均恒,每齿重叠焊层12道,如图(4).
按此方法四名电焊工轮流施焊四天四夜(晚上2-6时停焊保温在200度),焊完两齿轮56个轮齿.
2、表面耐磨堆焊是在12道焊道结束后，在原有温度上用D908堆焊一层耐磨层，这样使齿轮既有耐磨性又有较好的韧性.最后架于地炉上随炉冷却.
五、检验
齿轮冷却后，对两侧齿端进行金相宏观检验，经检验，母材与结构钢电焊条堆焊层，结构钢电焊条堆焊层与表面硬质堆焊层，结合良好，未发现裂纹.
硬度测试,母材热影响区硬度(HB)250-300;表面堆焊层硬度(HB)400-450满足使用性能.
六、结论
Ce(IIW)高的大型低合金钢件表面堆焊修复,确定最佳的预热温度,选用合理的线能量至关重要,是保证表面组织与性能良好的主要工艺措施,正确的运用可以获得满意的效果.
参考文献:
1、吕德林《国产低合金焊接CCT图册》机械工业出版社 1990、5 63、81
2、王簇《焊接手册一材料的焊接》 机械工业出版社 1992、12 126
作者简介
孔伟，男，1971年月10月1日出生，汉族，黑龙江省人，焊接大专，国际焊接工程师，欧洲焊接监测理工程师,从事热电厂焊接与金属技术监督工作.
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