CN114603235B - 一种车轮斜辊齿断裂的焊接修复装置及焊接修复方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种车轮斜辊齿断裂的焊接修复装置及焊接方法，所述焊接修复装置包括结构件固定式支架，结构件固定式支架包括两个平行间隔设置的侧边支架和固定连接在两个侧边支架之间的连接板，侧边支架顶部设置有开口朝上的弧形安装槽，弧形安装槽内沿弧形通过圆轮固定销均匀设置有若干转轮，侧边支架两侧顶部分别开设有与弧形安装槽贯通的螺纹孔并设置有斜辊固定销。应用本发明可以对车轮斜辊的齿断裂处进行有效焊接修复，投入费用低，现场操作维护快速方便，修复时间短，修复效果好。
Description
技术领域
本发明属于焊接技术领域，涉及一种车轮斜辊齿断裂的焊接修复装置及焊接修复方法。
背景技术
大车轮轧制的核心设备是车轮轧机，车轮轧制时主要通过轧机的左右辐板辊、左右斜辊、左右导向辊、上定心辊、下定心辊及主辊之间的相互配合完成，其中左右辐板辊为主动辊，其他都是从动辊，所有的辊轴都不接触红钢，都是通过辊轴端部的齿上配套安装的各种耐磨轴套进行轧制车轮红钢的冷热交替巨大的挤压硬磨，如图1示出的车轮斜辊1的示意图，其端部沿圆周设置有一圈齿，由于接触红钢的耐磨轴套不断磨损更新，而配套的轴端部的齿长期跟更新的耐磨轴套齿在轧制时交变载荷啮合，轴端部的齿部分往往会出现断裂，导致轧制时不稳定，严重影响车轮轧制质量，而如果更换整体车轮斜辊则会增加大量的备件费用。若考虑车轮斜辊齿断裂现场焊接修复，保证MT、PT渗透探伤无裂纹和气孔缺陷，再通过手工和机加工恢复图纸尺寸和精度，同样存在难度，因车轮斜辊齿本体的材料为42CrMo并经渗碳处理后的硬齿面，硬度约为HRC55-60，此类材料钢焊接性能差，在焊接修复时，存在以下的主要问题：(1)、淬硬倾向性大，淬火区产生脆硬的马氏体，导致严重脆化，工件越厚，则淬硬倾向愈大，力学性能δb≥1080Mpa,δs≥930Mpa；(2)、因车轮斜辊齿通过渗碳工艺处理，涉及基体层、过渡层及表面耐磨层焊接材料选择，还要考虑焊材的硬度，各层的焊接材料选择复杂；(3)、因车轮斜辊是大型圆柱不规则体，而齿断的部位需要确保在水平焊接位置，并且整体的斜辊在焊接时能够水平转动，焊接实施相对比较困难。
发明内容
针对在背景技术中车轮斜辊齿断裂处焊接修复时存在的技术困难，本发明提供了一种车轮斜辊齿断裂的焊接修复装置及焊接修复方法。
本发明解决技术问题的技术方案如下：
本发明一种车轮斜辊齿断裂的焊接修复装置，其特征在于：它包括结构件固定式支架，结构件固定式支架包括两个平行间隔设置的侧边支架和固定连接在两个侧边支架之间的连接板，侧边支架顶部设置有开口朝上的弧形安装槽，弧形安装槽内沿弧形通过圆轮固定销均匀设置有若干转轮，侧边支架两侧顶部分别开设有与弧形安装槽贯通的螺纹孔并设置有斜辊固定销。
进一步地，所述弧形安装槽呈半圆形。
进一步地，每个弧形安装槽内安装的转轮为3个。
进一步地，所述结构件固定式支架通过40mm厚钢板加工而成；所述转轮通过60mm厚钢板机械加工而成。
进一步地，所述斜辊固定销通过φ80mm圆棒机械加工而成；所述圆轮固定销通过φ40mm圆棒机械加工而成。
本发明一种车轮斜辊齿断裂的焊接修复方法，所述车轮斜辊存在齿断裂处，使用上述技术方案中所述的车轮斜辊齿断裂的焊接修复装置固定车轮斜辊后对齿断裂处进行焊接修复，其步骤如下：
步骤一、焊前准备：
1.1)、焊接设备：数字化控制逆变式手工焊条电弧焊和氩弧焊合并用直流焊机，焊接材料：基体焊接层采用E7015焊条，过渡层采用A102焊条，表面耐磨层采用D212焊条；
1.2)、加热装置：H01-20加热枪预热，加热炉整体加热；
1.3)、辅助设施：角磨机、锉刀、手锤、扁铲、面罩、样板、测温仪、放大镜、保温棉；
1.4)、焊件材料：42CrMo；
1.5)、焊前堆焊要求：通过手工角磨机清理磨损表面去除铁锈、油脂、水分，使用H01-20加热枪预热150-200℃；
1.6)、焊接位置：整体焊缝水平三角形堆焊；
1.7)、焊接要求：所有焊接层必须无任何焊接缺陷并熔合于母材；
1.8)、根据焊接设备、焊接材料、焊件材质以及焊接要求制定焊接参数；
步骤二、焊接修复；
2.1)、清洗损伤的齿断裂处及其附近区域，去除断裂层及其周边区域的微小裂纹，采用渗透进行探伤和/或磁粉探伤，对周围齿进行防护，然后对齿轮局部火焰加热至150℃；
2.2)、齿断裂处由内而外采用基体层、过渡层和表面耐磨层三层焊接修复，焊接方法全部采用手工焊条电弧焊；基体层整体侧面呈三角形，由各道焊缝依次按序逐层向上焊接而成，其采用E7015焊条堆焊时，最底层根据需要焊接的宽度以及单道焊缝的宽度依次按序焊接若干道焊缝，然后每往上一层的各道焊缝均覆盖其下方两道焊缝的交界处或其下方的焊缝，直至侧面呈三角形状的基体层焊接完成；基体层确认无焊接缺陷后，过渡层采用A102不锈钢焊条从基体层底部两侧分别依次焊接至基体层顶部；过渡层确认无焊接缺陷后，表面耐磨层采用D212焊条进行过渡层交界处的“包边”焊接，自过渡层底部两侧分别依次焊接至过渡层顶部，堆焊时宜小电流焊接；
2.3)、全部堆焊完成并确认无焊接缺陷后，整体进入加热炉进行450℃加热并保温4小时，回火去应力，并随着缓冷到250℃后，采用保温棉整体覆盖再冷却到室温，再通过刀尺检测、型面检测、渗透检测确认无任何缺陷后，通过手工研磨恢复使用公差尺寸。
进一步地，所述焊接设备为型号为HT400D或HT500D数字化控制逆变式手工焊条电弧焊和氩弧焊合并用焊机。
进一步地，基体层焊接时，采用φ3.2mm的E7015焊条，焊接电流为90-130A，电弧电压为24±1V，焊接速度为17±1cm/min；过渡层焊接时，采用φ3.2mm的A102焊条，焊接电流为90-130A，电弧电压为24±1V，焊接速度为17±1cm/min；硬质合金层焊接时，采用φ3.2mm的D212焊条，焊接电流为90-130A，电弧电压为24±1V，焊接速度为17±1cm/min。
相对于现有技术，本发明所述的一种车轮斜辊齿断裂的焊接修复装置，其设计简洁合理，取材及制作方便，操作简易，通过结构件固定式支架的弧形安装槽内的各转轮对车轮斜辊进行支撑以及转动，便于焊接的需要，同时在两个弧形安装槽的两侧分别设置斜辊固定销用于在车轮斜辊的齿断裂处转动到水平焊接位置时进行固定，有效满足焊接的要求；本发明所述的一种车轮斜辊齿断裂的焊接修复装置配合其焊接修复方法对齿断裂处进行焊接修复时，通过选用E7015焊条基体堆焊，A102焊条过渡层焊接，D212焊条表面耐磨层包边焊接满足齿断裂处三大层的焊接修复工艺需要，通过焊前对车轮斜辊的齿轮处进行150℃火焰预热，以及焊接后对车轮斜辊在加热炉整体加热450℃并保温4小时，回火去应力，避免脆化，有效确保焊接效果。
附图说明
图1为本发明中车轮斜辊齿断裂的焊接修复装置的结构示意图；
图2为本发明车轮斜辊齿断裂的焊接修复装置使用时的示意图；
图3为本发明车轮斜辊齿断裂的焊接修复装置的爆炸示意图；
图4为本发明中齿断裂处焊接顺序示意图；
图中：1、车轮斜辊；11、齿断裂处；2、结构件固定式支架；21、侧边支架；22、连接板；23、弧形安装槽；24、圆轮固定销；25、转轮；26、斜辊固定销；101、基体层；102、过渡层；103、表面耐磨层。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开专利申请说明书以及权利要求书中使用的“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“内”、“外”、“横”、“纵”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。
实施例1：
如图1-图3所示，本发明一种车轮斜辊齿断裂的焊接修复装置，它包括结构件固定式支架2，结构件固定式支架2包括两个平行间隔设置的侧边支架21和固定连接在两个侧边支架21之间的连接板22，侧边支架21顶部设置有开口朝上的弧形安装槽23，弧形安装槽23内沿弧形通过圆轮固定销24均匀设置有若干转轮25，侧边支架21两侧顶部分别开设有与弧形安装槽23贯通的螺纹孔并设置有斜辊固定销26。本实施例中，所述弧形安装槽23通常呈半圆形，便于放置车轮斜辊1，每个弧形安装槽23内安装的转轮25一般为3个，分别位置弧形安装槽23的弧形两侧和底部，在对车轮斜辊1稳定支撑的同时可以自动转动。为进一步提升所述车轮斜辊齿断裂的焊接修复装置的稳固性，所述结构件固定式支架2通过40mm厚钢板加工而成；所述转轮25通过60mm厚钢板机械加工而成；所述斜辊固定销26通过φ80mm圆棒机械加工而成；所述圆轮固定销24通过φ40mm圆棒机械加工而成。
应用时，将车轮斜辊1放置在结构件固定式支架2的两个侧边支架21弧形安装槽23的各转轮25上，转动车轮斜辊1，待齿断裂处11转动至焊接水平位置时，通过侧边支架21弧形安装槽23外侧的各斜辊固定销26对车轮斜辊1的前后两端的两侧进行锁紧后，即可进行齿断裂处11的焊接修复。
实施例2：
如图1至图4所示，本发明一种车轮斜辊齿断裂的焊接修复方法，所述车轮斜辊1存在齿断裂处11，使用实施例1所述的车轮斜辊齿断裂的焊接修复装置将车轮斜辊1的齿断裂处11转动至焊接水平位置并固定后，对齿断裂处11进行焊接修复，齿断裂处11分为基体层101、过渡层102和表面耐磨层103的修复，焊接工艺路线为：安装现场结构件固定支架2--清理齿断裂处11表面--去除断裂层及周边区域的微小裂纹--渗透进行探伤/磁粉探伤，对周围齿进行防护--局部焊接位置加热—基体层焊接---确认缺陷--控制层间温度—过渡层焊接---确认缺陷--表面耐磨层焊接--确认缺陷--焊后回火去应力--保温棉覆盖缓冷--手工研磨--检测验收--交付使用。
该方法具体步骤如下：
步骤一、焊前准备：
1.1)、焊接设备：型号为HT400D或HT500D数字化控制逆变式手工焊条电弧焊和氩弧焊合并用直流焊机，焊接材料：基体焊接层采用φ3.2mm的E7015焊条，过渡层采用φ3.2mm的A102焊条，表面耐磨层采用φ3.2mm的D212焊条；
1.2)、加热装置：H01-20加热枪预热，加热炉整体加热；
1.3)、辅助设施：角磨机、锉刀、手锤、扁铲、面罩、样板、测温仪、放大镜、保温棉；
1.4)、焊件材料：42CrMo；
1.5)、焊前堆焊要求：通过手工角磨机清理磨损表面去除铁锈、油脂、水分，使用H01-20加热枪预热150-200℃；
1.6)、焊接位置：整体焊缝水平三角形堆焊；
1.7)、焊接要求：所有焊接层必须无任何焊接缺陷并熔合于母材；
1.8)、根据焊接设备、焊接材料、焊件材质以及焊接要求制定焊接参数；
焊接工艺参数
步骤二、焊接修复；
2.1)、清洗损伤的齿断裂处11及其附近区域，去除断裂层及其周边区域的微小裂纹，采用渗透进行探伤和/或磁粉探伤，对周围齿进行防护，然后对齿轮局部火焰加热至150℃；
2.2)、齿断裂处11由内而外采用基体层101、过渡层102和表面耐磨层103三层焊接修复，焊接方法全部采用手工焊条电弧焊，三大层的焊接依次进行，图4示出了一个齿断裂处三个大层中各层的各焊缝的焊接顺序图：基体层101整体侧面呈三角形，由各道焊缝依次按序逐层向上焊接而成，其采用E7015焊条堆焊时，最底层根据需要焊接的宽度以及单道焊缝的宽度依次按序焊接若干道焊缝，然后每往上一层的各道焊缝均覆盖其下方两道焊缝的交界处或其下方的焊缝，直至侧面呈三角形状的基体层101焊接完成，如图4所示，基体层101的第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ层依次在最底层焊接，然后再焊缝上方依次焊接第Ⅳ、Ⅴ层，第Ⅳ、Ⅴ层分别覆盖其下方第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ层的两个交界处，然后再向上依次是第Ⅵ和Ⅶ层的焊接；基体层确认无焊接缺陷后，过渡层采用A102不锈钢焊条从基体层底部两侧分别依次焊接至基体层顶部；过渡层确认无焊接缺陷后，表面耐磨层采用D212焊条进行过渡层交界处的“包边”焊接，自过渡层底部两侧分别依次焊接至过渡层顶部，堆焊时宜小电流，窄道焊接制备硬面层，焊缝金属为奥氏体高锰钢，具有加工硬化，坚韧耐磨；
2.3)、全部堆焊完成并确认无焊接缺陷后，整体进入加热炉进行450℃加热并保温4小时，回火去应力，并随着缓冷到250℃后，采用保温棉整体覆盖再冷却到室温，再通过刀尺检测、型面检测、渗透检测确认无任何缺陷后，利用制作齿模胎具通过手工角磨机对焊接修复的齿部进行粗、精整形，恢复使用公差尺寸。
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 (6)
1.一种车轮斜辊齿断裂的焊接修复方法，所述车轮斜辊（1）存在齿断裂处（11），其特征在于：使用一种车轮斜辊齿断裂的焊接修复装置固定车轮斜辊（1）后对齿断裂处（11）进行焊接修复，所述焊接修复装置包括结构件固定式支架（2），结构件固定式支架（2）包括两个平行间隔设置的侧边支架（21）和固定连接在两个侧边支架（21）之间的连接板（22），侧边支架（21）顶部设置有开口朝上的弧形安装槽（23），弧形安装槽（23）内沿弧形通过圆轮固定销（24）均匀设置有若干转轮（25），侧边支架（21）两侧顶部分别开设有与弧形安装槽（23）贯通的螺纹孔并设置有斜辊固定销（26），其步骤如下：
步骤一、焊前准备：
1.1）、焊接设备：数字化控制逆变式手工焊条电弧焊和氩弧焊合并用直流焊机，焊接材料：基体焊接层采用E7015焊条，过渡层采用A102焊条，表面耐磨层采用D212焊条；
1.2）、加热装置：H01-20加热枪预热，加热炉整体加热；
1.3）、辅助设施：角磨机、锉刀、手锤、扁铲、面罩、样板、测温仪、放大镜、保温棉；
1.4）、焊件材料：42CrMo；
1.5）、焊前堆焊要求：通过手工角磨机清理磨损表面去除铁锈、 油脂、 水分，使用H01-20加热枪预热；
1.6）、焊接位置：整体焊缝水平三角形堆焊；
1.7）、焊接要求：所有焊接层必须无任何焊接缺陷并熔合于母材；
1.8）、根据焊接设备、焊接材料、焊件材质以及焊接要求制定焊接参数；
基体层焊接时，采用φ3.2mm的E7015焊条，焊接电流为90-130A，电弧电压为24±1V，焊接速度为17±1cm/min；过渡层焊接时，采用φ3.2mm的A102焊条，焊接电流为90-130A，电弧电压为24±1V，焊接速度为17±1cm/min；硬质合金层焊接时，采用φ3.2mm的D212焊条，焊接电流为90-130A，电弧电压为24±1V，焊接速度为17±1cm/min；
步骤二、焊接修复；
2.1）、清洗损伤的齿断裂处（11）及其附近区域，去除断裂层及其周边区域的微小裂纹，采用渗透进行探伤和/或磁粉探伤，对周围齿进行防护，然后对齿轮局部火焰加热至150℃；
2.2）、齿断裂处（11）由内而外采用基体层（101）、过渡层（102）和表面耐磨层（103）三层焊接修复，焊接方法全部采用手工焊条电弧焊；基体层（101）整体侧面呈三角形，由各道焊缝依次按序逐层向上焊接而成，其采用E7015焊条堆焊时，最底层根据需要焊接的宽度以及单道焊缝的宽度依次按序焊接若干道焊缝，然后每往上一层的各道焊缝均覆盖其下方两道焊缝的交界处或其下方的焊缝，直至侧面呈三角形状的基体层（101）焊接完成；基体层（101）确认无焊接缺陷后，过渡层（102）采用A102不锈钢焊条从基体层底部两侧分别依次焊接至基体层顶部；过渡层（102）确认无焊接缺陷后，表面耐磨层（103）采用D212焊条进行过渡层交界处的“包边”焊接，自过渡层底部两侧分别依次焊接至过渡层顶部，堆焊时宜小电流；
2.3）、全部堆焊完成并确认无焊接缺陷后，整体进入加热炉进行450℃加热并保温4小时，回火去应力，并随着缓冷到250℃后，采用保温棉整体覆盖再冷却到室温，再通过刀尺检测、型面检测、渗透检测确认无任何缺陷后，通过手工研磨恢复使用公差尺寸。
2.根据权利要求1所述的一种车轮斜辊齿断裂的焊接修复方法，其特征在于：所述焊接设备为型号为HT400D或HT500D数字化控制逆变式手工焊条电弧焊和氩弧焊合并用焊机。
3.根据权利要求1所述的一种车轮斜辊齿断裂的焊接修复方法，其特征在于：所述弧形安装槽（23）呈半圆形。
4.根据权利要求1所述的一种车轮斜辊齿断裂的焊接修复方法，其特征在于：每个弧形安装槽（23）内安装的转轮（25）为3个。
5.根据权利要求1所述的一种车轮斜辊齿断裂的焊接修复方法，其特征在于：所述结构件固定式支架（2）通过40mm厚钢板加工而成；所述转轮（25）通过60mm厚钢板机械加工而成。
6.根据权利要求1所述的一种车轮斜辊齿断裂的焊接修复方法，其特征在于：所述斜辊固定销（26）通过φ80mm圆棒机械加工而成；所述圆轮固定销（24）通过φ40mm圆棒机械加工而成。
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