CN107598334A - 双材质轴类零件在线焊接修复工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了双材质轴类零件在线焊接修复工艺，包括焊前准备、焊接处理以及焊后热处理和打磨三个步骤。本发明所述工艺，操作简单，使用安全可靠，能够有效对双材质的轴类零件出现断轴时进行在线焊接修复，节约维修时间，降低维修成本，减少大型机械的停机损失，为生产提供保障，实用性强。

Description

双材质轴类零件在线焊接修复工艺

技术领域

本发明属于机械领域，特别涉及一种双材质轴类零件在线焊接修复工艺。

背景技术

矿山矿石破碎机主要对矿石进行破碎，主传动轴作为矿石破碎机的关键零件，主要承受弯矩和扭矩，主传动轴制造时考虑到不同部位受力大小、受力方式、力的传递、加工制作以及成本等一系列因素，采用不同材质，主传动轴承受破碎载荷部位与单纯起支撑及传递电机扭矩部位一般由两种材质组成，分别为超高强度钢42CrMo和45#钢，使用中由于长期受到巨大的冲击载荷作用，主传动轴从两种材质结合处出现开裂，造成破碎机不能工作，如果更换新主传动轴，因无备件，加工新备件周期长，势必影响生产，运到厂家修复，时间也不短，为尽快恢复生产，需要在现场对断轴从断裂处进行焊接修复。

目前，同种材质断轴焊接修复应用较为普遍，不少文献中都有叙述，但不同材质断轴在现场焊接还较为少见，不同材质断轴焊接性差，焊接时淬硬倾向是其重要特点之一，焊接裂纹与脆化成为影响质量的重要因素。

发明内容

针对双材质轴类零件在不同材质结合处出现断裂焊接性差的特点，本发明提供一种双材质轴类零件的在线焊接修复工艺，能够实施对双材质轴类零件出现断轴时在线焊接修复，节约维修时间，降低维修成本，减少停机损失，为合理组产提供保障。

本发明解决技术问题的技术方案如下：

本发明双材质轴类零件在线焊接修复工艺，包括以下步骤：

步骤一：焊前准备；

1)、确定焊件材料，即该待焊接修复的双材质轴类零件的两种材质42CrMo和45#钢；

2)、确定焊件材料的坡口尺寸并开设该坡口；

3)、确定焊件材料焊接位置为全位置焊接；

4)、确定焊接要求为单面焊双面成形；

5)、确定焊条为直径3.2mm的J107Cr和直径为4.0mm的J107Cr，焊条先烘焙后再恒温存放，随用随取；

6)、确定焊接电源极性及接法为打底、填充、盖面均采用反接法；

7)、焊前对焊件材料的坡口杂质进行清理，使得坡口表面露出金属光泽；

8)、确定装配间隙与点固位置，并确定焊接方法为定位焊，同时确定定位焊缝长度；

9)、根据5)中确定的焊条确定焊接工艺参数；

步骤二：焊接处理；考虑双材质轴类零件在线焊接特殊性，第一层打底焊接前采用煤气加热，将坡口两侧均匀预热到350℃±50℃，预热时力求温度上升均匀，以避免不均匀的高温加热，导致焊件材料内部产生微裂纹，预热面可以扩大致坡口两侧各30mm处，以降低焊件材料局部温差应力，改善内部组织，防止产生或减少淬硬组织；施焊时沿坡口打底层底部中心开始，两侧均匀对称堆焊，采用多层多道焊接方法，为了减少热量损失并防止操作者受高温辐射，除焊接部位留在外面，其余部分均用隔热材料盖上，焊接时焊条可作直线或划小圈式运条，采用8mm～10mm的中等弧长施焊，连续焊接，两边稍作停顿，层间温度控制在250℃～350℃，打底层焊接后仔细检查，确认无缺陷后，再焊接填充层，填充层因焊条直径放大电流也需相应增加，采用月牙形运条法，短弧或8mm～10mm的中等弧长施焊，时刻保持与打底层焊接时同样的层间温度，层层确认无缺陷连续施焊至填充层焊接完成，然后再进行盖面层的焊接，盖面的底层温度可低于填充层焊接时的底层温度，填满焊道，两侧无咬边，可直接观察或用3-4倍的放大镜查找合格后，焊接处理结束；

步骤三：焊后热处理和打磨；焊后为了降低硬化程度，避免脆化，消除焊接应力，用煤气火焰对焊件的焊接区加热到350℃～550℃，然后慢慢冷却直到冷却到室温，然后再对焊接区进行打磨处理。

进一步地，所述步骤一焊前准备的2)中的坡口尺寸为80°±5°V形坡口，钝边0.5mm～1mm。

进一步地，所述步骤一焊前准备的5)中的焊条350℃～400℃烘焙2h后恒温存放。

进一步地，所述步骤一焊前准备的7)中焊前对焊件材料的坡口杂质进行清理时，先使用氧乙炔火焰去除坡口的水份和油脂，然后用砂布或磨削砂轮机打磨除锈，清理范围包括坡口两侧各15mm～25mm。

进一步地，所述步骤一焊前准备的8)中装配间隙为3mm，点固在10点和2点，定位焊缝长度为10mm～15mm。

进一步地，所述步骤一焊前准备的9)中的焊接参数为，打底层使用焊条为直径3.2mm的J107Cr，焊接电流为75A～100A，电弧电压为24±1V，焊接速度为17±1cm/min；填充及盖面层使用焊条为直径4.0mm的J107Cr，焊接电流为130A～150A，电弧电压为24±1V，焊接速度为17±1cm/min。

进一步地，所述步骤二中对焊件材料坡口均匀预热时，坡口处温度上升为50℃/h。

进一步地，所述步骤二中的隔热材料为石棉板。

进一步地，所述步骤三中所述焊件冷却时采用埋在热沙或石棉包扎的方式进行。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：(1)本发明所述工艺，操作简单，使用安全可靠，实用性强；(2)能够有效对双材质的轴类零件出现断轴时进行在线焊接修复，节约维修时间，降低维修成本，减少大型机械的停机损失。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明：

图1为本发明所述方法的流程图；

图2是实施例中焊接装置的立体结构示意图；

图3是实施例中焊接装置的俯视示意图；

图4是实施例中焊接装置中加热装置的结构示意图；

图5是实施例中焊接装置中转动装置的平面结构示意图；

图6是实施例中焊接装置中转动装置的立体结构示意图；

图7是实施例中焊接装置中支撑装置的立体结构示意图；

图中：1.加热装置 2.转动装置 3.支撑装置 4.焊接装置 41.焊枪 42.焊丝 6.双材质轴类零件材质Ⅰ部分 7.双材质轴类零件材质Ⅱ部分 8.气体管路 9.气体调节阀 10.加热室框架结构 11.保温层 12.烧嘴 13.哈夫盘 14.半圆环 15.加强筋 16.螺母 17.半圆形卡箍 18.螺栓 19.托辊轴 20.托辊 21.托辊座 22.轴承。

具体实施方式

实施例1：

本发明双材质轴类零件在线焊接修复工艺，包括以下步骤：

步骤一：焊前准备；

1)、确定焊件材料，即该待焊接修复的双材质轴类零件的两种材质42CrMo和45#钢；

2)、确定焊件材料的坡口尺寸并开设该坡口，坡口尺寸可设为80°±5°V形坡口，钝边0.5mm～1mm；

3)、确定焊件材料焊接位置为全位置焊接；

4)、确定焊接要求为单面焊双面成形；

5)、确定焊条为直径3.2mm的J107Cr和直径为4.0mm的J107Cr，焊条先进行350℃～400℃烘焙2h后再恒温存放，随用随取；

6)、确定焊接电源极性及接法为打底、填充、盖面均采用反接法；

7)、焊前对焊件材料的坡口杂质进行清理，先使用氧乙炔火焰去除坡口的水份和油脂，然后用砂布或磨削砂轮机打磨除锈等其它杂质，清理范围包括坡口两侧各15mm～25mm，使得坡口表面露出金属光泽；

8)、确定装配间隙与点固位置，装配间隙为3mm，点固在10点和2点，并确定采用的焊接方法为定位焊，定位焊缝长度为10mm～15mm；

9)、根据5)中确定的焊条确定焊接工艺参数(如下表所示)；

步骤二：焊接处理；考虑双材质轴类零件在线焊接特殊性，第一层打底焊接前采用煤气加热，将坡口两侧均匀预热到350℃±50℃，预热时力求温度以50℃/h均匀上升，以避免不均匀的高温加热，导致焊件材料内部产生微裂纹，预热面可以扩大致坡口两侧各30mm处，以降低焊件材料局部温差应力，改善内部组织，防止产生或减少淬硬组织；焊接时应避免在有穿堂风的场地进行，施焊时沿坡口打底层底部中心开始，两侧均匀对称堆焊，采用多层多道焊接方法，为了减少热量损失并防止操作者受高温辐射，除焊接部位留在外面，其余部分均用石棉板或其它隔热材料盖上，焊接时焊条可作直线或划小圈式运条，采用8mm～10mm的中等弧长施焊，连续焊接，两边稍作停顿，层间温度控制在250℃～350℃，打底层焊接后仔细检查，确认无缺陷后，再焊接填充层，填充层因焊条直径放大电流也需相应增加，采用月牙形运条法，短弧或8mm～10mm的中等弧长施焊，时刻保持与打底层焊接时同样的层间温度，层层确认无缺陷连续施焊至填充层焊接完成，然后再进行盖面层的焊接，盖面的底层温度可低于填充层焊接时的底层温度，填满焊道，两侧无咬边，可直接观察或用3-4倍的放大镜查找合格后，焊接处理结束；

步骤三：焊后热处理和打磨；焊后为了降低硬化程度，避免脆化，消除焊接应力，用煤气火焰对焊件的焊接区加热到350℃～550℃，然后埋在热沙或石棉包扎的方式慢慢冷却到室温，然后再对焊接区进行打磨处理。

为了将本发明所述工艺应用时达到更好的效果，可根据双材质轴类零件的特征进行一种双材质轴类零件在线焊接装置的制作，如图2和图3所示，双材质轴类零件由双材质轴类零件材质Ⅰ部分6和双材质轴类零件材质Ⅱ部分7两部分组成，两部分的接触处为该双材质轴类零件易发生断轴的位置，即待焊接处；

如图2和图3所示，可以制作一个如图所示双材质轴类零件在线焊接装置以使得本发明所述焊接工艺可以更好的实施，该焊接装置包括：

支撑装置3，至少有4个，本实施例中为6个，分为两组，左右对称设置，其用于支撑待焊接的双材质轴类零件材质Ⅰ部分6和双材质轴类零件材质Ⅱ部分7；

转动装置2，至少有2个，分别设置在待焊接的双材质轴类零件材质Ⅰ部分6和双材质轴类零件材质Ⅱ部分7上，用于待焊接的双材质轴类零件焊接时对该双材质轴类零件进行转动；

加热装置1，其用于对待焊接的双材质轴类零件的待焊接处进行均匀加热，确保焊接时需要的温度，防止产生或减少淬硬组织；

焊接装置4，其用于对待焊接的双材质轴类零件的待焊接处进行焊接。

如图2、图3和图7所示，所述双材质轴类零件在线焊接装置中的支撑装置3包括托辊座21和托辊20；所述托辊20上具有托辊轴19；所述托辊座21上设置有轴承22；所述托辊座21和托辊20通过轴承22和托辊轴19固定连接；当待焊接的双材质轴类零件放置在支撑装置3上时，支撑装置3与双材质轴类零件材质Ⅰ部分6和双材质轴类零件材质Ⅱ部分7之间均为滚动摩擦，减少了待焊接的双材质轴类零件转动时的阻力。

如图2、图3、图5和图6所示，所述双材质轴类零件在线焊接装置中的转动装置2由两个对开的哈夫盘13通过螺栓18和螺母16连接而成；每个所述哈夫盘13包括半圆形卡箍17和半圆环14并通过若干加强筋15焊接连接成整体；所述的半圆形卡箍17的内径与待焊接的双材质轴类零件材质Ⅰ部分6和双材质轴类零件材质Ⅱ部分7的内径相等，采用哈夫结构可以确保将待焊接的双材质轴类零件材质Ⅰ部分6和双材质轴类零件材质Ⅱ部分7抱死，待焊接的双材质轴类零件的这两部分可以随哈夫盘13的转动而旋转，加强筋15可以增加哈夫盘13的强度，半圆环14的结构一方面便于操作，一方面保证一定的力臂，减少了旋转待焊接的双材质轴类零件材质Ⅰ部分6和双材质轴类零件材质Ⅱ部分7时所需施加的力。

如图2、图3和图4所示，所述双材质轴类零件在线焊接装置中的加热装置1包括加热室框架结构10，该加热室框架结构10上固定设置有气体管路8，该气体管路8的末端连接有烧嘴12；所述气体管路8上设置有气体调节阀9；所述加热室框架10上设置有保温层11。气体调节阀9的作用是可以调节燃烧气体量的大小来调节燃烧火焰的大小，从而控制加热温度；保温层11的设置主要是为了阻止燃烧产生热量的散失和确保加热处热量的均匀，以满足焊接时的需要。

如图2和图3所示，所述焊接装置4包括焊枪41和焊丝42。

使用该双材质轴类零件在线焊接装置应用于本发明所述焊接工艺时，在待焊接的双材质轴类零件焊接前，根据该待焊接的双材质轴类零件的大小，准备合适数量的支撑装置3，并将支撑装置3的托辊座21固定好，然后将待焊接的双材质轴类零件放置在支撑装置3的托辊20上，再将转动装置2的半圆型卡箍17成对通过螺栓18和螺母16分别固接在该待焊接的双材质轴类零件的不同材质位置处，再将加热装置1安装在待焊接的双材质轴类零件的待焊接处的一侧，根据焊接需要温度，调整好气体调节阀9的开口大小。焊接时，先将加热装置1上的气体调节阀9打开，将烧嘴12放在待焊接处两侧加热，然后用转动装置2带动双材质轴类零件在支撑装置3的托辊20上均匀加热，达到焊接需要温度时用焊接装置4中的焊枪41及焊丝42对待焊接处进行焊接；焊接完成后，继续让烧嘴12放在焊接处两侧加热，有节奏的将双材质轴类零件在支撑装置3的托辊20转动，加热到焊接工艺所需温度时，转动装置停止转动，关闭气体调节阀9，直到双材质轴类零件冷却到室温，焊接完成。

以上仅为本发明的较佳实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。

Claims (9)

1.双材质轴类零件在线焊接修复工艺，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：焊前准备；

1)、确定焊件材料，即该待焊接修复的双材质轴类零件的两种材质42CrMo和45#钢；

2)、确定焊件材料的坡口尺寸并开设该坡口；

3)、确定焊件材料焊接位置为全位置焊接；

4)、确定焊接要求为单面焊双面成形；

5)、确定焊条为直径3.2mm的J107Cr和直径为4.0mm的J107Cr，焊条先烘焙后再恒温存放，随用随取；

6)、确定焊接电源极性及接法为打底、填充、盖面均采用反接法；

7)、焊前对焊件材料的坡口杂质进行清理，使得坡口表面露出金属光泽；

8)、确定装配间隙与点固位置，并确定焊接方法为定位焊，同时确定定位焊缝长度；

9)、根据5)中确定的焊条确定焊接工艺参数；

步骤二：焊接处理；考虑双材质轴类零件在线焊接特殊性，第一层打底焊接前采用煤气加热，将坡口两侧均匀预热到350℃±50℃，预热时力求温度上升均匀，以避免不均匀的高温加热，导致焊件材料内部产生微裂纹，预热面可以扩大至坡口两侧各30mm处，以降低焊件材料局部温差应力，改善内部组织，防止产生或减少淬硬组织；施焊时沿坡口打底层底部中心开始，两侧均匀对称堆焊，采用多层多道焊接方法，为了减少热量损失并防止操作者受高温辐射，除焊接部位留在外面，其余部分均用隔热材料盖上，焊接时焊条可作直线或划小圈式运条，采用8mm～10mm的中等弧长施焊，连续焊接，两边稍作停顿，层间温度控制在250℃～350℃，打底层焊接后仔细检查，确认无缺陷后，再焊接填充层，填充层因焊条直径放大电流也需相应增加，采用月牙形运条法，短弧或8mm～10mm的中等弧长施焊，时刻保持与打底层焊接时同样的层间温度，层层确认无缺陷连续施焊至填充层焊接完成，然后再进行盖面层的焊接，盖面的底层温度可低于填充层焊接时的底层温度，填满焊道，两侧无咬边，可直接观察或用3-4倍的放大镜查找合格后，焊接处理结束；

步骤三：焊后热处理和打磨；焊后为了降低硬化程度，避免脆化，消除焊接应力，用煤气火焰对焊件的焊接区加热到350℃～550℃，然后慢慢冷却直到冷却到室温，然后再对焊接区进行打磨处理。

2.根据权利要求1所述的双材质轴类零件在线焊接修复工艺，其特征在于，所述步骤一焊前准备的2)中的坡口尺寸为80°±5°V形坡口，钝边0.5mm～1mm。

3.根据权利要求1所述的双材质轴类零件在线焊接修复工艺，其特征在于，所述步骤一焊前准备的5)中的焊条350℃～400℃烘焙2h后恒温存放。

4.根据权利要求1所述的双材质轴类零件在线焊接修复工艺，其特征在于，所述步骤一焊前准备的7)中焊前对焊件材料的坡口杂质进行清理时，先使用氧乙炔火焰去除坡口的水份和油脂，然后用砂布或磨削砂轮机打磨除锈，清理范围包括坡口两侧各15mm～25mm。

5.根据权利要求1所述的双材质轴类零件在线焊接修复工艺，其特征在于，所述步骤一焊前准备的8)中装配间隙为3mm，点固在10点和2点，定位焊缝长度为10mm～15mm。

6.根据权利要求1所述的双材质轴类零件在线焊接修复工艺，其特征在于，所述步骤一焊前准备的9)中的焊接参数为，打底层使用焊条为直径3.2mm的J107Cr，焊接电流为75A～100A，电弧电压为24±1V，焊接速度为17±1cm/min；填充及盖面层使用焊条为直径4.0mm的J107Cr，焊接电流为130A～150A，电弧电压为24±1V，焊接速度为17±1cm/min。

7.根据权利要求1所述的双材质轴类零件在线焊接修复工艺，其特征在于，所述步骤二中对焊件材料坡口均匀预热时，坡口处温度上升为50℃/h。

8.根据权利要求1所述的双材质轴类零件在线焊接修复工艺，其特征在于，所述步骤二中的隔热材料为石棉板。

9.根据权利要求1所述的双材质轴类零件在线焊接修复工艺，其特征在于，所述步骤三中所述焊件冷却时采用埋在热沙或石棉包扎的方式进行。