可逆转机扁头的焊接修复工艺优化

1.失效分析及问题提出

四辊轧机花键扁头生产简介：花键扁头是连接工作辊和连接杆的构件（图4-59）。通过扁头带动工作辊转动，扁头材质为28CrNiMo74合金钢。直径为780m，长度为1240m，重量1.8t。工作中扁头承受较大的正、反转转矩以及冲击力和摩擦力，轧机每天2000～3000t产量对其磨损十分严重。

2.失效形式及问题的提出

扁头是空心的，空心内有很多花键槽，由于工作中承受正、反转的交变应力，材料易出现疲劳破坏。其主要形式表现为在应力最大的位置开始形成微细的裂纹，随着应力循环次数的增加，裂纹逐渐扩展最终导致断裂，花键扁头断裂位置如图4-60所示。这种情况采用焊接修复就可变废扁头为新扁头，节约成本。

图4-59 花键扁头示意图

图4-60 花键扁头断裂位置

3.扁头材质的分析及焊条的选择

扁头材质为28CrNiMo74，其特点为强度高，耐磨性好，有较好的韧性，经分析研究选择CHE857—Cr焊条，这种焊条是低氢型药皮低合金钢焊条，具有良好的抗裂性和高强度性能，用于焊接同类型合金钢、高铬钢等。扁头材质与CHE857—Cr焊条化学成分和焊条熔敷金属力学性能对照表如表4-7和表4-8所示。

表4-7 扁头合金钢材质与CHE857—Cr低合金焊条的化学成分对照表

表4-8 扁头合金钢材质与CHE857—Cr低合金焊条熔敷金属力学性能对照表

4.修复工艺

根据28CrNiMo74材料的特点及工件的使用情况，选择修复工艺如下：探伤→开坡口→预热→焊条电弧焊→回火→机加工。

1）探伤。通过超声波探伤机对偏头进行探伤，结果三面有裂纹，裂纹位置在圆弧叉口处，长度为250mm，深度为80mm，宽度为20～30mm，裂纹为树枝形。

2）开坡口。在裂纹位置采用电弧气刨开U形坡口，坡口长度为300mm，深度为90mm，宽度为100mm，所刨坡口范围到未有裂纹为止。用电打磨机进行磨光。去除杂质和氧化物。

3）焊接工艺

①预热。扁头材质是合金钢，焊前预热是一项不可缺少的工序，预热能减少焊接过程的冷却速度，减少合金焊层液态金属的结晶裂纹及焊接应力的产生，也可以避免焊接层金属相变和防止焊缝区近的裂纹。同时焊条要在250℃的烘干箱内烘干1h。(www.xing528.com)

扁头预热方法：扁头放入120kW电加热炉内，以每小时35～40℃进行升温，6h升温到250℃，恒温9h出炉，若预热温度偏低则会产生裂纹，温度偏高，可能使扁头退火，组织粗大，降低扁头性能。扁头预热过程如图4-61所示。

图4-61 扁头预热过程

②焊接扁头裂纹的参数。焊接是修复过程的关键工序，要有合理的焊接参数及正确操作方法。焊接扁头裂纹一般采用的规范标准如表4-9所示。

表4-9 焊接四辊轧机扁头裂纹焊接参数

焊接扁头裂纹与焊接其他合金件不同，焊接扁头采用多层多道焊、焊道薄层的方法，这样使电弧燃烧过程中合金元素烧损较少，保证其化学成分和力学性能。

③焊接工艺。焊接扁头的裂纹采用手工电弧焊，焊接方法为多层多道焊。焊接形式为平焊。焊接采用从里向外焊以防应力产生。每条焊缝应一次焊完不能有中断，焊完后用轻捶对焊缝进行捶打，操作时运条速度要均匀，防止出现各种缺陷，比如气孔、夹渣、砂眼、裂纹等，运条方法采用直线形。

焊缝要对称，多层多道焊的焊缝顺序要编成程序，如图4-62所示。

焊接时要保证扁头整件温度在200℃以上，如果温度下降到200℃以下，必须回炉加热到200℃以上。

图4-62 多层多道焊的焊缝顺序

5.四辊轧机花键扁头裂纹焊后回火

四辊轧机花键扁头裂纹，经过以上工艺过程，焊接完成后，必须进行回火。回火的目的是获得较好韧性、防止裂纹和便于加工，更好地消除扁头体内焊接内应力。

扁头裂纹焊接后回火的方法是：把扁头整体放入电加热炉内，每小时升温30～40℃，经6h达到250℃。恒温10h以后停炉，缓慢冷却到室温，回火完成后加工。回火温度和时间的关系见图4-63。

图4-63 回火温度和时间的关系

6.机加工

回火后的花键扁头需要进行加工成形。加工方法采用机械加工法或手工加工法。按照图纸要求的尺寸打磨到符合标准，满足生产需要。