李臣光

摘 要：文章通過分析軋鋼機傳動扁頭的工況及再制造過程中存在的問題，提出了改進在制造工藝的方案，并根據(jù)該工藝方案成功修復了傳動扁頭，同時為后續(xù)此類工件的修復方案提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：傳動扁頭；焊接裂紋；淬硬層；堆焊層

中圖分類號：TG333 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）32-0084-02

軋鋼機是用來軋制金屬的機械設(shè)備，在各大鋼廠中應用極其廣泛。聯(lián)接軸作為軋鋼機主傳動裝置的重要組成部分，起著傳遞運動和力矩的作用。聯(lián)接軸的端部——傳動扁頭在工作中與叉頭配合，承受摩擦力、沖擊載荷等。因此在設(shè)計時要求傳動扁頭在滿足整體強度和韌性要求的同時，還要具有較高的表面硬度、強度與耐磨性。但在實際生產(chǎn)中，經(jīng)過一段使用周期后，傳動扁頭工作面磨損量較大，導致其尺寸及性能無法滿足工作需要。為節(jié)約制造成本，縮減制造周期，利用基于先進表面工程技術(shù)的綠色再制造技術(shù)[1]（如堆焊、電刷鍍、激光熔覆等）對其進行修復具有重要意義。

1 傳動扁頭性能及再制造時存在的問題

考慮傳動扁頭的工況，在設(shè)計時其材質(zhì)選擇42CrMo中碳合金鋼（化學成分見表1），其具有良好的淬透性，較高的強度和韌性，經(jīng)調(diào)質(zhì)及表面淬火處理后可獲得較好的綜合機械性能。本文中傳動扁頭表面硬度高達HRC54～56，淬硬層深度為2mm。

根據(jù)相關(guān)資料當鋼中的碳當量小于等于0.4%時具有良好的焊接性；當鋼中的碳當量處于0.4%～0.6%之間時，其焊接性逐漸變差；而當鋼中的碳當量超過0.6%時，就屬于難焊材料，在焊接過程中易出現(xiàn)焊接裂紋[2]。

可求得42CrMo中碳合金鋼的碳當量為0.78%，遠遠超過0.6%，另外由于傳動扁頭表面經(jīng)過淬火處理后形成大量馬氏體組織，如果直接在淬硬組織上補焊，會因為在焊接過程中淬硬傾向大，形成大量裂紋，特別是在焊道的起止位置。

在焊接過程中層間溫度過低容易由于焊接熔池冷卻速度快形成淬硬組織和裂紋，同時不利于擴散氫的逸出；而層間溫度過高雖然會降低焊縫形成裂紋的傾向，但會造成焊縫組織粗大，影響力學性能，因此在傳動扁頭補焊過程中要嚴格控制層間溫度。

2 再制造工藝優(yōu)化及效果檢驗

2.1 再制造工藝優(yōu)化

通過分析傳動扁頭再制造過程中存在的問題，結(jié)合相關(guān)理論知識及實踐經(jīng)驗，對其再制造工藝進行優(yōu)化：（1）軋鋼機傳動扁頭在經(jīng)過一段時間使用后表面雖有磨損，但是仍然存在淬硬層，在其再制造過程中會對焊接過程產(chǎn)生影響，導致裂紋的出現(xiàn)。因此，在補焊前首先去除該淬硬層，但考慮到淬硬層硬度較高，會對機械加工造成一定難度，故先用火焰加熱的方式對其進行局部退火處理，以軟化工件，降低表面硬度，同時減少對其心部組織和性能的影響。然后以機械加工的方式去除表面淬硬層，為保證其完全去除，本文中去除工件表面4mm以內(nèi)的材料（見圖1）。（2）對工件進行磁粉探傷，確保其表面無裂紋、夾雜、氣孔等缺陷，清理工件表面油污、銹蝕、水漬和毛刺等。（3）焊材選用山東德運焊業(yè)有限公司生產(chǎn)的DY-YD420（Q）馬氏體型堆焊藥芯焊絲，規(guī)格Φ1.6mm（見表2）。（4）為避免在焊道起止處產(chǎn)生裂紋、氣孔等缺陷，在工件焊接區(qū)域邊緣加設(shè)引弧板和息弧板。（5）焊接之前使用履帶加熱片對工件進行預熱，根據(jù)預熱溫度計算公式：T=Ceq×360。式中：Ceq-母材碳當量?？梢郧蟮脗鲃颖忸^的預熱溫度為280.8℃，本文選擇預熱溫度為285～300℃，并在焊接過程中持續(xù)加熱。（6）為防止焊接過程中熱輸入量過大，焊接時采用小電流快速焊接的方式施焊，直流反接，保護氣體為80%Ar+20%CO2，焊接參數(shù)如表3所示。（7）堆焊時，為了減小焊接應力和熔合比，避免在后續(xù)焊接過程中產(chǎn)生裂紋，首先在傳動扁頭的補焊區(qū)域焊接薄薄一層堆焊材料作為過度層。（8）焊接過程中，為了釋放焊接時產(chǎn)生的應力，規(guī)定全部焊道沿相同方向施焊。（9）在焊接過程中嚴格控制熱輸入量及層間溫度（285～300℃），以減小熱影響區(qū)，同時改善堆焊層組織及硬度的均勻程度。（10）傳動扁頭補焊完成之后立即放入熱處理爐中進行去應力退火，以免引起裂紋的產(chǎn)生，去應力退火工藝如圖2所示。同時該退火處理也有益于擴散氫的溢出，避免氫致裂紋的出現(xiàn)。（11）傳動扁頭熱處理去除焊接應力之后，利用碳弧氣刨清除引弧板和息弧板，為避免傷及母材，清除時保留少許部分，在后續(xù)機械加工時去除。（12）利用機械加工方式，按圖紙要求的傳動扁頭進行加工。

2.2 效果檢驗

本文通過優(yōu)化再制造工藝，利用堆焊技術(shù)對材質(zhì)為42CrMo的軋鋼機傳動扁頭磨損面進行了修復，現(xiàn)對其效果進行檢驗如下：（1）對去應力退火之后的工件進行PT探傷未發(fā)現(xiàn)氣孔、夾渣、裂紋等缺陷產(chǎn)生。（2）對機加工之后的工件進行MT探傷未發(fā)現(xiàn)氣孔、夾渣、裂紋等缺陷產(chǎn)生。（3）利用里氏硬度計（型號：TH121）測量機加工后補焊表面的硬度，測量結(jié)果表明其表面硬度為52～54HRC，雖略低于設(shè)計要求的表面硬度，但在后續(xù)的實際使用中證明該硬度差并未產(chǎn)生顯著地影響。

3 結(jié)論

（1）通過優(yōu)化軋鋼機傳動扁頭再制造工藝，消除了表層淬硬組織對焊接過程的影響，避免了焊接裂紋的產(chǎn)生。（2）通過實踐證明為獲得組織及性能均勻的堆焊層，焊前預熱、控制層間溫度及熱輸入量、焊后熱處理是工藝中的關(guān)鍵。（3）本文通過實踐得出的該制造工藝可作為參考應用于其他類似工件的再制造工程中，節(jié)約生產(chǎn)成本。

參考文獻：

[1]朱勝，姚巨坤.再制造技術(shù)與工藝[M].北京：機械工業(yè)出版社，2011.

[2]李亞江.焊接冶金學——材料焊接性[M].北京：機械工業(yè)出版社，2006：52～56.

[3]賈勇.軋鋼生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展的探索[J].科技創(chuàng)新與應用，2014（03）：114.endprint