合金结构钢齿轮轴的焊条电弧焊修复摘要:通过分析齿轮轴的锻造裂纹产生的原因,采用焊条电弧焊修复工艺来提高产品质量及降低生产成本,提高生产效率,发挥积极的使用经济价值和推广价值。关键词:齿轮轴;裂纹;修复:TF3文献标识码:A:1009-0118(2010)-07-0003-01某生产基地,加工生产钻井设备用的齿轮轴,该轴是石油钻井的一个重要部件,技术要求比较高,加工难度大,生产质量直接影响钻井平台安全性与稳定性,因此在生产加工与制造中质量要求尤其严格,特别是齿轮轴的材质结构与尺寸要求非常严格,生产加工难度较大,在锻造中与热处理极易产生裂纹等缺陷。在机加工与锻造和热处理处理不当造成一定的废品率,生产成本增加,经济效益下降,而且直接影响产品质量及生产进度。此齿轮轴在生产一批中,经加工检验与试压及着色发现有五件缺陷,齿轮轴均出现裂纹,为了保证按时供货及产品质量,减少不必要的经济损失,经技术分析决定采用焊条电弧焊方法工艺修复。一、工件尺寸及材料成分性能(一)齿轮轴的尺寸及裂纹产生原因42GrMo合金钢齿轮轴直径400mm长1000mm重量900kg裂纹发生工艺孔边,裂纹长60mm～80mm,深25mm如图1,裂纹产生原因:由于锻造时拉伸及冷却速度太快,造成毛坯锻造产生裂纹。(二)齿轮轴的材料和力学性能从42GrMo的化学成分和力学性能等方面的分析,随着钢的强度的提高,钢种的合金元素含量也增多,化学成分愈趋复杂。因此,对焊接质量影响较大,通常42GrMo合金钢的焊接性较差,焊接时容易出现焊接缺陷。由于碳和铬钼含量较高,故而有较强的淬透性和淬硬性,属于高淬硬倾向合金结构钢。热处理调质后,有较高的强度和抗冲击能力,低温冲击韧度良好,且无明显的回火脆性。二、焊前准备由于42GrMo合金钢齿轮轴已经精加工尺寸,故要求焊补修复时,变形尺寸在技术要求公差范围内,因42GrMo钢属中碳合金结构钢,焊接性差,容易产生裂纹,焊补时要严格按照修复工艺,才能保证焊补质量。首先应彻底清理焊缝两侧油污,用丙酮清理干净。检查并确定裂纹长度及深度;并开成V形坡口,坡口角度70°。三、焊接工艺规范及方法根据42GrMo合金钢齿轮轴母材和焊缝金属的化学成分、板厚接头的拘束度及施焊时的工艺方法,选用碱性低氢型焊条,碱性低氢型焊条具有一定的脱硫能力,熔敷金属塑性和韧性良好,扩散氢量又少,无论对热裂纹或氢致冷裂纹,抗裂纹性都比较理想。选用性能接近母材的E8155-C(J857)型焊条,焊条直径￠3.2mm-￠4mm。先将42GrMo合金钢齿轮轴放在平焊位置,用氧乙炔火焰预热温度250℃～350℃之间,应在焊缝两侧100毫米内均匀加热,将E8155-C(J857)焊条在350℃～400℃烘焙两小时,放入焊条保温桶里随取随用。焊补时该轴为调质状态,预热温度应低于回火温度。预热温度保持在250℃～350℃之间进行施焊,尽量减少焊接电流,适当增大焊接速度,合理控制热输入。如图2所示,采用由里向外焊接方向,用直流反接采用多层多道焊接方法。焊补第一层时,焊道应与母材一定熔合要好,这是焊补修复的关键,控制好层间温度,以短焊段焊,焊缝长不超过80mm。焊条不做横向摆动,焊道间重叠1/3～1/2宽,焊后要细心清理各条焊道熔渣,不许有任何焊补缺陷,如发现立即清除,不许有弧坑,弧坑填满,每焊完一段焊道,都应锤击焊道表面,以释放一些焊接所产生的残余应力,防止裂纹产生,再进行焊下一条焊道的焊接,直至焊补完毕。四、焊后检验(一)焊后表面着色探伤检查:焊缝无裂纹,夹渣,气孔等缺陷;(二)对工艺孔进行加压15Mpa,24小时保压检验,无参漏现象;(三)经检验齿轮轴的变形在公差范围内。符合质量要求。五、结论采用焊条电弧焊修复工艺能够完全满足技术要求,解决了产品质量又降低了生产成本,焊前工件预热在焊补修复过程中十分重要,严格控制层间温度也是十分必要,选择合理的焊补参数,有效的控制裂纹的产生,确保了产品质量的按期交货。参考文献:[1]机械工业技师考评培训教材编审委员会.焊工技师培训教材[M].北京:机械工业出版社,2001.[2]刘中青,刘凯.异种金属焊接技术指南[M].北京:机械工业出版社,1997.[3]龚荣伟,丁梦野.焊工手册[M].湖北:湖北科学技术出版社,2006.