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干熄焦炉料钟表面堆焊修复工艺

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作者:原作原创  来源:网络转载  发布时间:2018-03-28 09:28:00

 摘 要:本文通过干熄焦炉料钟的使用条件和磨损状况,针对料钟材料的堆焊性能进行分析,选择合适的焊接方法、焊接材料,制定出合理的工藝和措施,成功地对干熄焦炉料钟表面进行了堆焊修复,延长了料钟的使用寿命。 
  关键词:表面堆焊;碳化钨耐磨焊条;工艺及措施 
  DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.06.013 
  0 引言 
  攀钢煤化工公司干熄焦炉料钟是安装在焦炉入口处,起着均衡分布炽热焦炭的作用,在生产使用过程中温差大,炽热焦炭连续对料钟撞击和冲刷,未到使用周期料钟表面就磨损严重,使焦碳不能较均匀的分布,影响正常生产。为延长料钟的使用寿命,消除设备隐患,须对料钟表面磨损进行焊补修复,使其达到使用周期要求(6个月)。经料钟的磨损情况和使用环境进行分析,决定选择熔点高耐磨性好的碳化钨D707耐磨焊条在其表面进行堆焊修复。 
  1 堆焊性能分析 
  (1)干熄焦料钟基体材质为ZG35Mn,属锰系合金铸钢,其化学成分和力学性能见表1、表2所示。按国际焊接学会推荐的碳当量计算公式进行估算,得出ZG35Mn的碳当量值为Ceq=0.483~0.633%,材料具有一定的淬硬倾向,焊接性较差。如果在其表面堆焊的工艺和措施不当时,熔合区和热影响区会产生硬脆的马氏体组织,易于开裂,甚至堆焊层剥离。 
  (2)因选择的堆焊材料是碳化钨耐磨焊条(牌号D707),其化学成分和堆焊层硬度表3所示。而堆焊基体为铁基合金(ZG35Mn),选择碳化钨焊条堆焊后,是由大量的碳化物颗粒分布在金属基体上构成一种堆焊合金,它有较高的硬度(2500HV)及熔点(2600℃),其组织一般是含W(40~50%)的马氏体。碳化钨由于其熔点高,所以基本上不熔化而存在焊缝中,为充分发挥碳化钨的耐磨性,应尽量保持碳化钨的颗粒形状,避免熔化。如果焊条电弧焊热输入大时,碳化钨颗粒大部分要被熔化,在焊缝中析出含钨复合碳化物,硬度会降低(约为1200HV),导致耐磨性下降。 
  (3)基体金属ZG35Mn的线膨胀系数为(11.2~12.8)10-6/K与碳化钨堆焊焊条的线膨胀系数(5.4~6.2)10-6/K相差较大,而它们的金属成分差别也较大,堆焊过程中工艺和措施不当会引起较大的内应力,易使堆焊层金属在焊后的冷却过程中产生裂纹。所以,堆焊过程应采取降低焊接应力的工艺和措施,以减少应力和防止产生应力集中。 
  2 堆焊工艺及措施 
  2.1 焊前准备 
  (1)用碳弧气刨清除料钟表面局部剩下凸起部分,然后用角向砂轮机清理干净夹碳层、铁锈等,尽量使料钟表体平整并露出金属光泽,便于保证堆焊时的质量。 
  (2)准备额定焊接电流不小于400A的直流弧焊机两台,连接反极性。 
  (3)焊条经350℃烘烤1~2小时后放在100~150℃保温筒内,随用随取。 
  (4)准备2把氧-乙炔大号烤抢用于加热和1把红外线测温仪以及带圆头的小锤2把。 
  2.2 焊前预热 
  焊前将待堆焊的料钟整体预热到250~300℃,以降低堆焊过程的冷却速度。 
  2.3 堆焊工艺参数 
  焊接过程中在熔合良好的情况下,尽量选择小的焊接电流和快的焊接速度,以控制热输入量和降低熔合比。其堆焊工艺参数表4所示。 
  2.4 焊接顺序 
  采取两人对称、分散、分段退焊,以减少应力、防止应力集中和使应力分布较均匀。如下图2所示的堆焊顺序和分段退焊方法。 
  2.5 操作要点及措施 
  (1)分四层多道堆焊(要求堆焊层厚度不小于15mm),焊接时采用轻微直线往复进行连续、短弧操作,焊道宽度不超过10mm,收弧时填满弧坑。每道之间搭接前一道金属的1/2左右,接头处应错开 
  不小于30mm。 
  (2)每焊完一段时,立即用带圆头(R= 5mm)的小锤进行锤击,达到布满麻点为止,以降低部分应力。 
  (3)每层堆焊厚度等于或略小于4mm。第一层(即过渡层)的焊接非常关键,焊完后应严格清渣,检查无裂纹、夹渣、未熔合等缺陷后,再按照工艺进行后面层的堆焊。 
  (4)焊接过程中应控制层间温度等于或略高于预热温度,如发现低于预热温度应及时加热。整个焊接过程应一次性完成,中途不能停止。 
  3 焊后处理 
  (1)堆焊完成后立即将料钟整体缓慢加热到680~720℃范围,并保持2h的热处理,然后用已烘干的石棉覆盖在表面使其缓慢冷却。 
  (2)料钟整体冷却到室温后,用角向砂轮机将局部凸出部分修磨平整,使其堆焊层表面光滑。 
  4 焊后检验 
  料钟表面堆焊后,外观检验未发现夹渣、裂纹等缺陷,尺寸均在要求的范围内,如图3所示,用着色探伤,未发现有表面裂纹缺陷,符合质量标准要求。 
  5 结束语 
  选择D707碳化钨耐磨焊条结合制定的工艺和措施,在ZG35Mn料钟基体表面进行整体堆焊修复,延长了干熄焦料钟的使用寿命。经用于生产使用1个周期后未出现明显磨损和其它异常现象,满足了使用要求。并且该焊接工艺简单易行,操作难度小,成本低。目前已对三座干熄焦的料钟进行了堆焊修复,均达到了很好的效果。 
  参考文献: 
  [1]徐越兰.常用焊接材料手册[M].北京:化学工业出版社,2009(01). 
  [2]王娟等.表面堆焊与热喷涂技术[M].北京:化学工业出版社,2004 
  (07). 
  [3]完卫国.焊条电弧焊堆焊应用实例[M].北京:机械工业出版社, 
  1998(12). 
  作者简介:朱宁(1964-),男,四川米易人,焊工高级技师,国际焊接技师,从事焊接工艺及焊接技术培训工作。


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