受力框架修复工艺方案

摘 要：结合受力框架（ZG270-500）外形特点，确定了受力框架R160圆角铸造缺陷的修复补救工艺，介绍了一种大型铸钢件（中碳钢）堆焊修复的有效方法。

关键词：铸钢；铸造缺陷；堆焊修复

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.07.039

1 概述

我公司承接的加工件受力框架（如图1）重八吨多，是实验装置中关键件，粗加工时发现在4-R160处出现缺陷，经无损检测达不到Ⅱ级铸件要求。

通过对铸钢ZG270-500材质焊接性进行分析，其碳当量约0.71%，认为该材质在合理的工艺条件下焊接性能尚可、经多方专家论证后，决定对受力框架缺陷区域堆焊修复，受力框架铸件修复堆焊工艺方法具体如下：

2 堆焊修复过程

（1）焊接性分析。ZG270-500因铸件内部组织与锻件相比较为疏松，焊接时容易产生焊接缺陷，因此焊前先用受力框架铸件同炉浇铸的试块做焊接工艺评定（焊接接头力学性能试验即抗拉、弯曲），实验合格后按焊评参数再对受力框架4-R160圆角进行堆焊修复。

（2）焊前准备工作。焊前检查：制做焊前检查样板，并在零件补焊区域做好标记。焊前清理：砂轮或旋转挫将补焊区域毛刺、锐角、飞边清理干净并做磁粉或着色表面检查，要求表面无裂纹为合格；丙酮清洗，去除补焊区域及附近（大于补焊区域20-30mm）的油渍、锈及脏物施焊焊工必须应持有国家劳动部门颁发的焊接资格证书，且经验丰富。施焊所需设备及工具：半自动CO2焊机 NBC-500（2台），氧乙炔瓶、表、手持式氧乙炔割枪一套，CO2气瓶若干（备用），电加热盘（带温控）一套，红外测温仪、砂轮机、电挫各一把，碳弧气刨一套，石棉保温材料若干、焊后余量检查样板、扳子、小钳子、手锤（0.45-0.67Kg锤的端头带有R3-5mm圆角）。在工件两侧点焊两块挡板保护两侧面，注意：在补焊区域内点焊牢固，补焊完成后再机加工掉。

（3）堆焊修复工艺。焊前用电加热盘预热至150-200℃（并覆盖岩棉），注意预热范围适当扩大一些，且预热时温升必须缓慢且均匀（约60-100℃/h），以避免出现裂纹和变形。

焊接采用CO2气体保护焊，￠1.2 ER50-6焊丝 电流150-170A，电压20-25V，气体流量20-25L/min（CO2要求使用满瓶气体，使用过程中气体不少于1/4），保证焊接热输入在 18-22KJ/cm。（要求同焊评参数一致）

对于每道焊缝应连续均匀焊接，如果有接头则每个接头要搭接20mm左右，每个接头要相互错开，前后间距≥20mm，且受力框架每个R160圆角要求一次性堆焊完成（中间不允许间断），以确保其有合适的层间温度（层间温度≥200℃），如补焊过程中层间温度低于200℃，可用手持式氧乙炔割枪对补焊区域局部均匀加热至200℃以上。焊接时进行小节距摆动，力求每道焊缝都薄且窄以减少热输入和融合比。多层多道施焊，每层要求均匀施焊，每一层焊完后立即用手锤锤击焊道，直至将焊道表面打出均匀的密密麻麻的锤击坑为止，以促进应力释放和减小焊接变形，注意底层的打底焊道和表层焊道不允许锤击，以避免金属冷作硬化。 施焊过程中焊缝中不允许出现裂纹、未融合、夹渣、气孔等焊接质量的缺陷，一经发现应立即用砂轮或电挫（必要时用碳弧气刨）进行清理干净，才能继续施焊。 焊缝与母材边缘结合处焊接电流一定要小仔细焊接，防止出现咬边。堆焊处都应高出母材20-30mm保证加工余量，利用预制的余量检查样板检R160圆角堆焊余量是否达到要求。施焊操作过程每步必须严格监督检查，确保焊接质量合格。

（4）焊接注意事。施焊时要用引弧板引弧，避免电弧擦伤；注意第一层打底焊缝应采取小电流，窄道焊避免产生较大应力。堆焊时天车起重配合将受力框架翻转使补焊区域处于船型焊或平焊位置。焊接时必须使用满瓶CO2气体，且在使用过程中保证瓶中气体不少于1/4，以减少气体中水份，避免氢致裂纹出现，焊接过程中若发现焊丝表面有锈迹，应更换焊丝（或者将锈蚀焊丝剪掉）后方可进行焊接。严禁在空气对流的场所进行补焊，风速< 1m/s以下，否则应进行防风措施。

焊接过程中电流大小一定要调整适宜，应时刻关注熔池中的液态熔渣覆盖熔池一半左右为宜，决不可低于三分之一，因为焊接过程中熔化的液态金属中含有各种气体，这些气体借着覆盖的液态熔渣保护液态金属缓缓凝固，以便各种气体向外逸出。

3 焊后处理

（1）焊后热处理：对堆焊区域用电加热盘进行焊后热处理，温度控制在≥300℃，保温不少于8小时（利于扩散氢溢出，避免出现氢致延迟裂纹），然后使其缓慢冷却。

（2）待工件冷却至室温后用砂轮将焊缝修光磨平， 24小时后再进行进行磁粉（或着色）+超声波探伤检查，焊缝质量达到Ⅱ级后进行下道工序。

（3）划线检查补焊区域的加工余量，保证补焊处加工后不能出现黑皮、气孔、夹渣等。

4 结语

采取上述补焊工艺方法对受力框架堆焊修复，经无损检测补焊区域达到了Ⅱ级以上（部分达到Ⅰ级焊缝），完全达到设计要求，以最小代价挽救了受力框架铸件，为公司避免了报废该铸件带来的经济损失。通过本案例得出：焊补中碳钢时焊前对补焊区域清理、严格控制补焊时的温度、焊材的选择、焊接速度、合适的电流、正确的焊接工艺以及焊工细心焊接是获得良好焊缝的关键。

作者简介：李成意（1983-），男，河南洛阳人，助理工程师，研究方向：非标设计、工艺。