四辊破碎机辊子裂纹的焊接修复工艺

作者：admin发表于： 2018-02-23 09:53

范老师技术工程师

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1、辊子的焊接性分析

（1）辊子的成分和性能

辊子的材质为ZG35CrMnSi，是中碳调质钢，属于Cr-Mn-Si系列钢材，这种钢的化学成分如下表1。

一般来讲，碳当量为0.4%以下时，钢材的焊接性良好，不必采取特殊工艺。当碳当量为0.4%～0.6%时，钢材的焊接性较好，采取适当的预热措施，一般不会发生缺陷。当碳当量>0.6%以上时，焊接性较差，必须采取较高的预热温度和严格的工艺措施。

这种钢退火状态下的组织是铁素体和珠光体，调质状态下的组织为回火索氏体（统称为回火马氏体）。Cr - Mn - Si系列钢材具有回火脆性的缺点，在300℃- 450℃内出现类回火脆性。因此，回火时必须避开该温度范围。此外，这类钢还具有第二类回火脆性，高温回火时必须采取快冷的办法，否则冲击韧性会显著降低。

（2）焊缝中的热裂纹

由于辊子材质含碳量和合金含量较高，因此液一固区间较大，偏析也更严重，具有较大热裂纹倾向。因此，焊接时应该考虑可能出现热裂纹。焊接时，应尽量选用含碳量低的、含硫、磷少的填充材料。因为，热裂纹易出现在未填满的弧坑处，特别是在多层焊时层的弧坑中以及焊缝的凹陷部位。在焊接工艺上应注意保证填满弧坑和良好的焊接成形。

（3）焊缝中的冷裂纹

ZC35CrMnSi钢种的淬硬倾向十分明显，冷裂纹倾向较为严重。这是由于此钢种含碳量较高，加入的合金元素也较多，在500℃以下的温度区间，过冷奥氏体有更大的稳定性所致。另外，此钢种马氏体点较低，在低温下形成马氏体一般难以产生“自回火”效应，并且由于马氏体的含碳量较高，有很大的过饱和度，点阵的畸变就更严重。因而，硬度和脆性就更大，对冷裂纹的敏感性也更大。焊接时要进行预热，焊后进行回火处理。

（4）焊缝中的再热裂纹

焊接修复辊子时采用多层焊道施焊，后焊的焊缝对已完成的焊缝起到再次加热的作用。因此，必须采取措施防止再热裂纹的出现。根据有关资料的介绍，再热裂纹都是产生在焊接热影响区的过热粗晶部位，并且具有晶间开裂的特征。母材、焊缝和热影响区的细晶组织，都不会产生再热裂纹。同时，较大的残余应力和应力集中是产生再热裂纹必不可少的必要条件，二者必须同时存在，否则不会产生再热裂纹。焊接时，大的焊接线能量会使过热区的晶粒更加粗大。因此，宜采用小线能量焊接。同时，适当提高预热、后热温度，对防止再热裂纹的出现有较好效果。

（5）热影响区的性能变化

此钢种由于含碳量较高和合金元素较多，有相当大的淬硬性，因而热影响区的过热区易产生硬脆的高碳马氏体。冷却速度越大，生成的高碳马氏体越多，脆化也越严重。为减少过热区脆化，从减少淬硬倾向出发，应采用大线能量焊接。但由于修复的辊子尺寸较大(φ900×700)，厚度为100mm，传热较快，该钢种淬硬倾向很大，通过加大线能量法难以避免马氏体的形成，却反而增大了奥氏体的过热和提高了奥氏体的稳定性，促使形成粗大的马氏体，使过热区的脆化更为严重。因而，决定采取小线能量的焊接方法，并采取焊前预热和焊后缓冷的措施降低冷却速度，从而改善热影响区的性能。

2、修复工艺选择

（1）焊前准备选用气焊在裂纹处开V形坡口，角度为60°～70°，并认真清理坡口两侧的油污、铁锈以及氧化皮，以防止产生气孔。

（2）焊前预热由于工件较大，又在现场修复，不能进行整体预热，故采用局部预热方法。预热温度为300℃- 350℃，预热范围为焊缝两侧150 mm以内，并在焊接过程中保持该温度。

（3）焊接工艺

选用φ4 mm的J857焊条施焊，直流反极性焊接。焊条使用前按规定烘干（350℃- 450℃烘干1h，150℃保温），随用随取。另外注意焊条药皮有无剥落，焊接时不要采用药皮受损的焊条。

打底焊时，电流宜小，采用160 A。焊接时焊条不摆动，焊后不锤击。（可减少母材的熔入率，不锤击可避免产生根部裂纹）。

以后各层焊道均采用焊接电流180 A，并做锯齿形运条。每焊完一道焊缝，及时清理熔渣，并进行锤击，以消除可能出现的焊接应力。

盖面焊时，焊道要高出母材2-3 mm，焊后不锤击，以防止出现表面裂纹、表面硬脆。

（4）焊后处理

焊接结束后立即进行回火处理，回火温度控制在680℃左右。热处理结束后进行加工，加工方法是现场安装车刀架，进行切削加工，把焊接修复部位车削至规定尺寸。

3、结束语

我厂的四辊破碎机下部辊子出现裂纹，采取了此种焊接修复方法后，已使用三个月，没有出现异常，实践证明，ZC35CrMnSi钢虽然淬硬倾向较大，但只要采用合理的焊接工艺，进行焊接修复是可行的。