中鋁山西分公司氧化鋁一分廠(chǎng)GM223 型管磨機(jī)小齒輪座，材質(zhì)為HT15233 ，在使用過(guò)程中其底板四個(gè)地腳螺絲孔處兩個(gè)斷裂，一個(gè)發(fā)生裂紋。由于重新訂貨至少需時(shí)三個(gè)月，且生產(chǎn)形勢(shì)較為緊張，要求管磨機(jī)早日投用，因此決定對(duì)該小齒輪座進(jìn)行焊接修復(fù)。
1 缺陷情況及失效分析
1.1 小齒輪座的斷裂情況
小齒輪座底板四個(gè)地腳螺絲孔有兩個(gè)斷裂(在小齒輪座同1) 底板斷裂有兩處，位置及裂口開(kāi)頭見(jiàn)圖1、圖2 ，斷塊尺寸270 mm×250 mm×70 mm，斷口尺寸270 mm×(100 mm～130 mm) 。2) 底板斷裂一處，見(jiàn)圖1 ，已裂透。
1.2 失效分析
小齒輪座在使用中本身受到的拘束度較大。在管磨機(jī)運(yùn)行過(guò)程中承受交變載荷作用。工件本身存在制造缺陷，在加強(qiáng)筋邊緣與底板連接之處存在應(yīng)力集中。運(yùn)行中，由于大拘束度及交變載荷作用，預(yù)應(yīng)力集中處發(fā)生破壞，形成裂紋，逐步擴(kuò)展至筋板處，發(fā)生斷裂。
2 修復(fù)方案選擇
根據(jù)技術(shù)手段的現(xiàn)狀，選用手工電弧焊方法進(jìn)行修復(fù)。
2.1 材料的技術(shù)性能參數(shù)
1) HT15233 的化學(xué)成分見(jiàn)表1 。
2) HT15233r 的性能參數(shù)見(jiàn)表2 。
2.2 鐵的可焊性分析
由于鑄鐵的固有性質(zhì)及冶金特性，給電弧焊帶來(lái)了極大的困難，具體如下:
1) 熔化后鑄鐵冷卻速度快，在熱影響區(qū)易出現(xiàn)白口組織，焊接時(shí)開(kāi)裂傾向較大。
2) 鑄鐵組成成分中，碳的含量高，在焊接過(guò)程中碳易被氣化，容易產(chǎn)生氣孔。
3) 鑄鐵強(qiáng)度高，塑性差，焊接時(shí)殘余應(yīng)力大，易產(chǎn)生焊接熱裂紋。
4) 鑄鐵中C、S、P 等元素含量高，并在焊接過(guò)程中熔化到焊縫中，會(huì)增加金屬的硬度，降低塑性和韌性，易產(chǎn)生裂紋，并降低可加工性。
5) 鑄鐵在冶煉過(guò)程中，易出現(xiàn)石墨粗大化，石墨與基體產(chǎn)生間隙，使鑄件在使用過(guò)程中油、水滲入形成氧化物，嚴(yán)重阻礙焊接時(shí)的熔合，同時(shí)，增加產(chǎn)生焊接裂紋和氣孔的可能性。
6) 鑄鐵在焊接熔化時(shí)，液態(tài)金屬流動(dòng)性很差，嚴(yán)重妨礙焊接時(shí)的熔合，熔池中熔渣和有害氣體難以逸出，會(huì)在焊縫中產(chǎn)生嚴(yán)重缺陷。
針對(duì)以上不利因素，必須從焊接工藝、操作方法、焊接程序、焊接材料幾方面加以解決。
2.3 焊接方法的選擇
鑄鐵手工焊可采用熱焊和冷焊兩種方法。手工電弧熱焊是將工件整體加熱到600 ℃～650 ℃以上開(kāi)始施焊，焊接過(guò)程中工作溫度不得低于400 ℃，焊后馬上加熱到650 ℃，以消除應(yīng)力退火。
小齒輪座的重量為1. 74 t ，且氧化鋁一分廠(chǎng)沒(méi)有合適的加熱裝備，故采用手工電弧冷焊法修復(fù)。冷焊法是指用不預(yù)熱、嚴(yán)格控制層間溫度、小線(xiàn)能量的焊接方法進(jìn)行焊接。
2.4 焊接材料的選擇
HT15233 的可焊性較差且底座的下表面為加工表面，為保證焊接質(zhì)量及下表面的可加工性宜采用純鎳基焊條Z308 進(jìn)行焊接。但Z308 焊條價(jià)格昂貴，為節(jié)約費(fèi)用，可采用以Z308 焊條焊隔離層、J507 焊條與Z308 焊條相互填充、Z308 焊條蓋面的方法進(jìn)行修復(fù)，這樣既可降低成本又可保證焊接質(zhì)量及下表面的可加工性能。
Z308 焊條的機(jī)械性能見(jiàn)表3 。
2. 5 焊接次序
1) 裂紋處按非加工面再加工面的次序施焊。
2) 斷塊處先焊筋板側(cè)，保證焊透，再?gòu)牧硪粋?cè)清根、施焊。后焊筋板。
3 焊接
焊接前要對(duì)所有焊接部位進(jìn)行徹底清理，清除所有結(jié)疤、油污等缺陷因素，然后再開(kāi)始焊接準(zhǔn)備。
3.1 裂紋處焊接準(zhǔn)備
表面清理干凈后，用角向拋光機(jī)修磨裂紋處至磨出所要求的雙U 型坡口。修磨時(shí)要求消除所有裂紋傾向，坡口邊緣平滑過(guò)渡，鈍邊、間隙以單邊能焊透為準(zhǔn)。
3.2 斷塊處焊接準(zhǔn)備
兩斷塊斷裂口處形狀基本規(guī)則，表面清理后用角向拋光機(jī)將斷口按坡口所要求形狀、尺寸修磨成雙U 型坡口，鈍邊、間隙以單邊能焊透、另一側(cè)以清根為準(zhǔn)，然后按尺寸在劃線(xiàn)平臺(tái)上將斷塊與小齒輪座本體組對(duì)、點(diǎn)固。
3. 3 焊接
小齒輪座焊接熔敷量較大，為減小焊接應(yīng)力及焊接變形，保證焊接質(zhì)量，采用兩班工作制，固定高水平焊工施焊。焊接時(shí)環(huán)境溫度保證在20 ℃以上，夜班如果溫度過(guò)低則停止焊接。為防止穿堂風(fēng)，在施焊時(shí)搭設(shè)圍篷以防風(fēng)保溫。焊接時(shí)先焊裂紋，然后再焊斷裂塊。焊裂紋時(shí)先焊兩螺絲孔中間的裂紋，焊完后再焊外側(cè)裂紋。
1) 焊接前，Z308 焊條要150 ℃烘干1 h ，J507 要250 ℃烘干2 h ，烘干后放入保溫桶中保溫，隨用隨取。
2) 每次焊接時(shí)都將焊道放置在水平位置，以利于操作。
3) 焊接時(shí)采用短道、快速、不擺條、斷續(xù)、分散焊法，每段長(zhǎng)度不超過(guò)30 mm ，收弧時(shí)要填滿(mǎn)弧坑。
4) 焊完一道馬上用鈍頭小錘錘擊整個(gè)焊道以釋放焊接應(yīng)力，錘擊速度要快，力量由重漸輕。
5) 嚴(yán)格控制層間溫度，每焊完一道必須冷卻到50 ℃以下方可繼續(xù)施焊。
6) 打底時(shí)采用小熔合比進(jìn)行焊接，填充焊和蓋面焊時(shí)可適當(dāng)放大熔合比。
7) 清除熔渣后，用五倍放大鏡觀(guān)察，無(wú)裂紋，再繼續(xù)下一步焊接。
