当大齿轮轮齿表面堆焊工艺研究

大齿轮轮齿表面堆焊工艺研究

摘要：本文对重达1.5T的大型齿轮材质进行焊接性分析后,认为焊接修复工艺中,焊前预热是保证焊接质量的重要环节.通过参照“国产低合金钢焊接CCT图”中30CrMnMo钢的冷却曲线,准确地选定焊前预热温度,制定了较合理的焊接工艺,成功地堆焊修复了大型齿轮。

关键词：齿轮堆焊 预热 选定

一 、齿轮状况

96年5月某大厂两个大齿轮轮齿严重磨损无法使用。两齿轮，齿顶园均为Φ640mm,齿宽460MM,轮轴Φ220X1800mm,模数20,齿数28个,单个齿轮1大到几10吨(如普通钢材 等；国内最大的电子式万能实验机实验力为600KN,0.5级机).5T.每个齿幸免已磨损掉大部分如图(1):化学成分如表:

二、齿轮材质焊接性分析

1、按IIW推荐Ce计算公式,两齿轮Ce=0.61%.通常Ce>0.4%时,焊后热影响区硬度升高,焊接性下降,同时产生冷裂纹的可能性增加.硬度升高的原因是马氏体含量增加所致,参见图

据此硬度的高低,可以粗略地判断裂纹倾向的大小和焊接性优劣。

所以，可以肯定两齿轮焊接性较差,焊后热影响区会产生较厚的马氏体组织的高硬度层，因两种钢均有较强的淬透性，在焊接应力的作用下，会出现大面积裂纹，甚至导致敷熔层与母材剥离,这是问题之一。

2、在很多情况下，焊接性的好坏，不但取决于Ce的高低,而且还取于冷却速度的快慢.冷却速度除了与环境温度有关外,更重要的是由焊件体积的大小所决定。

两齿轮均重达1.5T,加之有中轴散热,冷却速度必然很快,在上述问题的共同作用下,会加大裂纹的趋势。给焊修造成困难,后果严重,这是问题之二,也是突出的,要解决的主要问题。

例如:同一钢材即使是焊接性良好的16MnR.泠却速度过快,同样产生大量马芪组织,提高硬度,恶化焊接性,参看图(3)16MnRCCT图冷却曲线表、数据表。

从表中可以看出，如果其t8/5的冷却时间在4.5s之内(既从800度降低到500度地的时间),在16MnR的热影响区出现100%(马氏体)和50%M:当T8/5延长到10S时,出现了50%B(贝氏体)和50%M;当T8/5兰州大学缓慢到20S后,热影响区组织的组成是F(铁素体)P(珠光体)和B,无M组织,综上所述,缓慢冷却在某种意义上讲,优化了热影响区的组织,这说时冷却速度的快慢,是决定焊接质量好坏的重要因素.

三、堆焊工艺制定

1、那么，如可解决上述问题，减少避免热影响区马氏组织的产生呢？此工艺并不复杂。既采用母材焊前预热,保持合适的层间温度,后热缓冷;同时要在施焊过程中用较大的线能量.从而达到降低堆焊层及热影响区的冷却速度,控制马氏体的含量和硬度.达到最大限度的减少热影响区的裂纹。

2、但是，因齿轮太大，升温困难，如何选定理想温度值也是问题。

首先参照产低合金钢焊接CCT图,解决预热温度值的问题.两齿轮质CE和CCT图册中的30CRMNMO钢CE=0.61%,相近.用该钢的冷却曲线中的6、7号线，冷却后所得到的组织为理想组织（100%B）。6、7号线从数据表上得出，其T8/5的冷却时间约为50S。再用“手工电弧焊线算图”找出预热温度350度,既把齿轮预热350度时,可以避免影响区马氏体的出现,保证焊接质量(参看附件)。

3、选用E5015碱性电焊条Φ4.0mm,线能量保证不低于20KJ/mm(焊接电流200A,电弧电压25V,一根焊条要在45s烧完,焊道长度控制在CM),采用多层多道焊,齿面用镇江产耐磨电焊条D908堆焊。

四、实施方法

1、工艺实施中难度较大的是焊前预热方法.因为光用氧--乙炔焰是达不到350度的理想温度.为此,挖一地炉,把齿轮架于炉上,用焦碳火把齿轮加热到200度,撤离炉顶,置于一面靠地炉,一面北地炉,以便于施焊。

然后用两把H氧--乙炔焊枪,同时加热一个轮齿.当用表面温度计测定达到350度时,开始按已制定的工艺实施。

施焊方向按齿轮宽460mm左右往返;焊道顺序从齿底向齿尖排;每道互压1//2焊道宽度,以保证齿轮温度的均恒,每齿重叠焊层12道,如图(4)。

按此方法四名电焊工轮流施焊四天四夜(晚上时停焊保温在200度),焊完两齿轮56个轮齿。

2、表面耐磨堆焊是在12道焊道结束后，在原有温掌握这些方法可以有效的保护和延长实验机本身的使用寿命度上用D908堆焊一层耐磨层，这样使齿轮既有耐磨性又有较好的韧性.最后架于地炉上随炉在荷兰冷却。

五、检验

齿轮冷却后，对两侧齿端进行金相宏观检验，经检验，母材与结构钢电焊条堆焊层，结构钢电焊条堆焊层与表面硬质堆焊层，结合良好，未发现裂纹。

硬度测试,母材热影响区硬度(HB);表面堆焊层硬度(HB)满足使用性能。

六、结论

Ce(IIW)高的大型低合金钢件表面堆焊修复,确定最佳的预热温度,选用合理的线能量至关重要,是保证表面组织与性能良好的主要工艺措施,正确的运用可以获得满意的效果.

参考文献:

1、吕德林《国产低合金焊接CCT图册》机械工业出版社 1990、5 63、81

2、王簇《焊接手册一材料的焊接》 机械工业出版社 1992、12 126

作者简介

孔伟，男，1971年月10月1日出生，汉族，黑龙江省人，焊接大专，国际焊接工程师，欧洲焊接监测理工程师,从事热电厂焊接与金属技术监督工作。