1、 年 月第 期大型铸锻件 .轧机扁头套再制造技术研究与应用陈柳池 樊晓刚 唐历智 梁天勤 蒲苟中 李卫东(二重(德阳)重型装备有限公司四川 德阳)摘要:以吉林建龙 粗轧机扁头套再制造为例从两方面着手研究一是与焊材厂家合作开发一种药芯焊丝用气体保护焊替代焊条电弧焊二是自主设计一款堆焊操作机利用 程序控制伺服电机实现远距离控制焊接操作更便利同时解决传统人工堆焊效率低、焊接质量不稳定等问题 关键词:扁头套药芯焊丝堆焊操作机再制造技术 中图分类号:文献标志码:.:收稿日期:作者简介:陈柳池()男工程师从事焊接工艺及管理工作 近年来随着钢铁产业不断升级换代冶轧设备对万向接轴的承载能力、使用寿命、节能环保
2、等各项指标提出了更高的要求 由于在高温、高湿、高强度等工作环境下万向接轴关键零部件尤其是轧辊扁头套极易出现腐蚀、磨损、压溃损伤等失效报废造成用户更换维护成本及能耗大幅增加 本文以轧辊扁头套为例进行了再制造技术的研究为该类产品的再制造技术的提升提供参考 扁头套修复部位及技术参数.扁头套装配结构 轧机的轧制力矩通过轧辊扁头衬板万向接轴扁头套传递衬板用螺栓固定在接轴扁头套的衬板槽平面上如图 所示 由于轧辊装配的需要扁头套与轧辊扁头间的配合形式一般采用间隙配合工作一段时间后由于磨损等因素此间隙会越来越大引起轧钢时咬钢冲击导致主传动较大幅度地扭振成为零件疲劳失效的主要原因之一.扁头套修复前情况 以吉林建
3、龙 粗轧机万向节修复为例公司组织人员在 年 月对该项目两套辊端万向节进行拆解、清洗、检验、测量及分析工作发现以下情况:()扁头套内孔圆弧面磨损严重原图纸要求扁孔圆弧(.)尺寸扁头套实测.扁头套实测.扁头套轧辊扁头衬板图 扁头套配合图 ()对内孔进行磁粉检测后发现两件扁头套扁孔四处根部 圆弧均存在线性缺陷长度范围 根据上述情况决定加工去除上述两件扁头套内孔 圆弧处线性缺陷及 圆弧面疲劳层 加工后打磨圆滑 圆弧对 圆弧面采用“恢复尺寸和提升性能法”再制造模式修复利旧.传统修复特点 扁头套材质一般为、使用一段时间后会出现磨损、裂纹等缺陷需要进行修复 由于上述材料焊接性较差以往修复时需将扁头套加热至
4、并使用 焊条进行堆焊修复由于扁头套内孔直径小、深度大预热后温度较高手工焊接容易对人员造成伤害且焊接效率低焊接质量不稳定 因此需要设计 年第 期大型铸锻件一种自动化焊接设备替代人工焊接 堆焊操作机设计.设计思路 本设备采用三坐标龙门结构基于西门子 设计、轴采用伺服驱动器 伺服电机 全封闭丝杆结构采用触摸屏进行运行监控和参数设置为便于操作配置了操作手柄 技术在电气控制中具有较强的抗逆性结构简单维护相对容易借助伺服电机和伺服控制器可对多台电动机进行有效控制提高机械设备控制精度及各轴运行的稳定性.主体结构 扁头套内孔堆焊操作机(以下简称“操作机”)采用 四轴龙门架形式和 轴采用伺服电机 同步轴驱动方式
5、、轴为伺服电机驱动方式如图 所示 各轴采用全封闭滚珠丝杆直线滑台丝杆两端安装防撞胶垫各轴直线滑台在侧面安装刻度尺及指针各轴行程两端安装光电限位开关图 堆焊操作机四轴结构 .工作原理 操作机运行时采用扁头套固定、焊枪移动的方式由 轴实现焊接主运动完成焊枪沿扁头套内孔轴线的往复直线运动 轴与 轴用于调整焊枪定位完成扁头套内孔焊接位置调整 轴上沿 方向固定一根 长的金属杆保证金属杆可以绕 轴旋转 杆另一端安装焊枪夹持器以满足不同角度的焊接工作.电控系统 电控系统包含电控箱和操作盒电缆与电控箱、操作盒采用工业连接器连接 电控系统采用 人机界面控制方式各轴设单独的【正转停止反转】选择开关和【速度调节】电
6、位器控制运行和速度 人机界面布置在电控箱上用于显示各轴运行状态、速度、故障和参数设置 操作按钮和速度调节布置在操作盒上 将焊枪上的开关功能引至操作盒上设置【启动】按钮用于控制焊机起弧、焊接、停止 电控箱和操作盒上均设置【急停】开关.各轴参数 一般扁头套内孔深度为 左右按其尺寸设置 轴有效行程为 进给速度为 轴有效行程为 轴有效行程为 进给速度均为 .焊接设备选择 二氧化碳气体保护焊焊接质量和焊接效率均优于传统焊条电弧焊通过操作机控制盒远程控制可实现焊枪按预定焊接轨迹进行自动焊接完成扁头套内孔堆焊修复工作 药芯焊丝工艺评定 由于需要改变焊接方法我们需要研制新型焊材代替传统修复所用的焊条 传统修复
7、焊材为 马氏体不锈钢焊条马氏体不锈钢具有强度高、硬度高、韧性好、耐腐蚀等特点广泛应用于机械领域零部件的制造与修复 我们与焊材厂商合作开展焊丝评定工作经过多次试验后最终选定了两种马氏体不锈钢药芯焊丝作为最后评定的对象具体评定事项如下:.试板选择 按扁头套母材调质性能选择堆焊试板试板规格为 其主要力学性能参数如表 所示表 试板主要力学性能参数 材质.试验焊材选择 前期焊丝评定工作最终选出两种药芯焊丝(.)、(.)将其与传统修复所用的()焊条在相同性能的试板上堆焊后进行对比试验焊材主要化学成分及硬度如表 所示表 三种焊材主要参数 牌号 规格熔覆金属化学成分(质量分数).试板加工、焊接 ()为验证不同
8、厚度堆焊层的性能将每块试板加工为等宽台阶其中药芯焊丝试验试板加工成 个等宽台阶对于焊条试验试板由于堆焊时每层厚度较厚加工成 个等宽台阶陈柳池:轧机扁头套再制造技术研究与应用 年第 期 ()每种焊材堆焊两块试板防止单一试板出现的人工操作失误影响结果判断焊接后将药芯焊丝试板堆焊层加工为 、台阶焊条试板堆焊层加工为 、台阶.性能检测 ()对加工后的堆焊层表面进行 检测发现采用(.)堆焊的两块试板出现线性缺陷其余试板合格 ()对所有试板进行化学成分、金相组织、硬度检测如表、图 所示表 熔覆金属化学成分及硬度值 焊材试板编号熔覆金属化学成分(质量分数)一层两层(.)(.)().()(.)()(.)()(
9、)图 熔覆金属 倍金相对比 .评定结果 从表 中可以看出(.)焊丝在三种焊材形成的熔覆金属中 的占比最高 是马氏体铬不锈钢最重要的合金元素它是铁素体形成元素足够的铬可使钢变成单一的铁素体不锈钢 和 的相互作用使钢在高温时具有稳定的 或 相区 可以降低奥氏体向铁素体和碳化物的转变速度从而提高淬透性含量的提高钢的抗氧化性能也明显提高 从图 熔覆金属 倍金相组织中可以看出三种焊材金相组织均为马氏体组织未发现铁素体组织()的组织中条状马氏体组织比较粗大(.)金相组织中条状马氏体组织方向也比较明显而(.)金相组织中马氏体组织晶粒更细 用(.)焊丝堆焊的两块试板无损检测均发现线性缺陷(.)焊丝相比相同堆焊
10、层厚度(.)焊丝的堆焊表面硬度更加稳定且堆焊层厚度增加时变化值更小两种药芯焊丝对比传统 焊条堆焊效率更高晶粒组织更细 综上我们选择(.)焊丝作为扁头套再制造用焊材 再制造工艺()采用机械加工方式去除表淬层将 内孔尺寸单边加大 粗糙度.孔口倒角 ()对加工后的圆弧面进行磁粉检测和渗透检测检测结果如无大面积裂纹则停止加工少量点状缺陷采用打磨方式消除如图 所示 ()将扁头套吊放至焊接滚轮架上调整摆放位置 调整堆焊操作机位置将操作机 轴与扁头套内孔轴线调至水平 ()焊前将堆焊区域及周围表面的污物清除干净采用天然气加热 均温 后施焊以防止气孔和引起氢致裂纹 焊接过程中使用硅酸纤维毯与火焰加热保温层温控制
11、 图 对加工面进行检测 ()在圆弧面四周焊接引弧板宽度 防止引、收弧时本体上产生焊接缺陷 调整焊枪角度、轴线方向进给速度焊接电流 电压 调整好后点火开始自动焊接 堆焊完成后立即加温至 消氢 后保温缓冷 ()对堆焊层进行加工精加工后进行渗透检测和硬度检测 再制造技术要点.根据母材特性选择预热方案 本次修复的扁头套材质为 是中碳调质钢淬透性高屈服强度要求不小于 年第 期大型铸锻件 由于中碳调质钢的含碳量高合金元素多钢的淬硬倾向大在热影响区的淬火区产生大量马氏体增大了焊接接头的冷裂倾向并且焊接是在调质之后焊后不再进行调质处理所以需要采取整体预热.焊接材料特性 本次研制的焊材选用氧化钛型渣系实现细颗粒
12、过渡电弧稳定脱渣性好工艺性能优良可以满足不同工况下的全位置焊接 焊丝中的 含量大于传统使用的 焊条且硬度符合产品设计要求从理论上来说堆焊面的耐磨性及耐蚀性要优于传统焊条修复的扁头套.焊接过程控制 焊接过程中采用多层多道焊尽量保证焊道间的重叠量不小于焊道宽度的 每道焊接完成后用长杆风铲对焊缝表面进行适当锤击清理干净焊缝表面药皮同时释放焊接应力 焊接时持续加热保证焊接层间温度在 之间 焊后对扁头套内径进行测量保证加工余量在 左右避免道间低点问题导致加工时出现黑皮的情况 焊后质量及效果 ()堆焊后对堆焊部位进行宏观检查未发现裂纹、夹渣、气孔等缺陷 ()粗加工后渗透检测一次合格精加工后渗透检测一次合格
13、 ()精加工后对堆焊层进行硬度检测范围为.完全满足产品设计要求如图 所示图 精加工后扁头套堆焊面硬度 ()修复后的扁头套在用户现场运转两个月后对扁头内孔堆焊层进行检查未发现表面裂纹及磨损痕迹情况良好 技术对比及优势 目前扁头套再制造在公司主要有三种方法分别为传统焊条电弧焊修复、激光熔覆修复和本次研究的操作机堆焊修复我们从采用这三种方法的修复时间、成本和修复后质量三个方面进行了对比结果如表 所示 从表 数据可以看出时间上激光熔覆修复效率最高而焊条电弧焊修复效率最低成本方面堆焊操作机修复成本最低激光熔覆修复因钴基材料导热性能好磨损量小现主要采用该材料进行修复但由于钴属于重金属所以该方法成本最高质量
14、方面激光熔覆修复的熔覆金属中常出现细小气孔和由于成分组织不均匀带来的熔覆表面硬度不均匀等问题焊条电弧焊修复受操作空间位置和操作人员技能水平影响熔覆金属中易出现焊接缺陷表 三种再制造方法对比 方法堆焊操作机激光熔覆焊条电弧焊时间 天 天 天成本最低昂贵较低质量焊接 过 程 稳 定 无 裂纹、夹渣、气孔等缺陷硬度符合要求易产 生硬度不均匀气孔等问题易产生气孔、夹渣、裂纹等缺陷问题 从其他方面来说利用堆焊操作机进行修复焊接时工件可以持续加热层间温度得到保证将人工送丝改为机械送丝避免了焊缝质量受操作人员技能水平影响焊接质量得到保证设备占地面积仅 可搭配任意气体保护焊设备使用灵活焊接效率与传统焊条电弧焊
15、相比大大提高与激光熔覆相比更加经济实用半自动人工操作让操作人员避免在高温环境下长时间作业作业环境得到改善职工健康得到保障如图 所示图 半自动人工焊接 结束语 ()本次研究以“表面修复法”和“性能提升法”作为再制造的主要技术方法同时结合无损检测、熔覆成型、表面加工等技术在恢复零件三维尺寸的同时提升其整体性能 研究成果成功应用于八钢粗轧机辊端万向节项目和吉林 轧线项目中扁头套的再制造成品在用户现场正常运转使用情况良好 ()自主设计的扁头套内孔堆焊操作机让堆焊过程的自动化程度得到有效提升大大降低了操作人员的劳动强度与传统人工电弧焊修复方式相比堆焊时间缩短 从加工后无损检测、硬度检测以及用户现场使用情
16、况来看质量均优于以往采用焊条电弧焊修复的扁头套 ()通过焊丝工艺评定试验从化学成分、金相组织、焊接质量等方面比较新型 焊丝 年 月第 期大型铸锻件 .凭借晶粒组织更细焊接质量和效率更高的特点已经替代先前使用的 焊条在公司生产的梅钢 热卷箱项目、重钢粗轧机组项目相关不锈钢堆焊产品中推广应用均取得良好效果 ()再制造技术的发展与应用既可修复材料因长期服役而导致的失效部位亦可强化材料或零件的表面对于合理使用材料、改进产品设计、降低生产成本、节约资源能源等都具有重要意义 本文研究的扁头套再制造技术费用仅为新品成品的 左右在减少产品制造需要耗损的材料、设备投入以及人工管理费用的同时也为今后接轴类产品再制
17、造技术提供了宝贵的经验和实用的焊接工艺具有较高的推广应用价值参考文献李发兴.热轧粗轧机万向接轴故障分析与改进.天津冶金():.徐文军 东占萃 李晓磊 等.粗轧机主传动扁头套寿命影响研究.重型机械():.董世运.机械零部件再制造成形修复技术创新发展 年绿色制造国际论坛报告文集(分册二:专题论坛报告):.陈长锋.现代电气控制及 应用技术分析.中国设备工程():.董芳 秦涛.马氏体不锈钢堆焊焊条的研制.热加工工艺 ():.安静 彭丽红 吕春艳.马氏体不锈钢堆焊药芯焊丝的研究.焊接技术 ():.王淼 欧阳建国.锻件的补焊工艺.金属制品 ():.武丹 裘荣鹏.氟化物对药芯焊丝熔敷金属扩散氢含量和焊接电弧
18、稳定性的影响.热加工工艺 ():.熊杰 李林 梁铁.轧机扁头套激光熔覆修复材料的试验研究.新疆钢铁():.陈楠 谢翊馨.工业互联网视域下构建区域再制造产业生态研究.当代经济 ():.王喜川.堆焊技术在国内石化、冶金行业机械设备维修中的应用.高考(综合版)():.编辑:徐常顺材料与热处理压气机盘用热强钛合金锻件标准分析及实物测试结果对照研究李亚非 刘让贤 向顺成 佟飞 谢志龙(.张家界航空工业职业技术学院湖南 张家界.长沙理工大学湖南 长沙)摘要:通过分析三种热强钛合金压气机盘锻件标准及实物在显微组织、力学性能以及取样部位差异发现轮缘、幅板、轮毂为显微组织检验部位三种钛合金实物组织破碎充分均符合标准要求轮毂部位需检测高温拉伸、高温持久性能力学性能取样部位与检测项目符合压气机轮盘承载情况另外幅板部位可考虑检测疲劳性能与断裂韧度三种钛合金实物锻件力学性能满足标准要求三种钛合金在我国的应用逐渐成熟 关键词:热强钛合金压气机盘显微组织力学性能 中图分类号:文献标志码:.:
