轧机扁头套再制造技术研究与应用.pdf
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1、 年 月第 期大型铸锻件 .轧机扁头套再制造技术研究与应用陈柳池 樊晓刚 唐历智 梁天勤 蒲苟中 李卫东(二重(德阳)重型装备有限公司四川 德阳)摘要:以吉林建龙 粗轧机扁头套再制造为例从两方面着手研究一是与焊材厂家合作开发一种药芯焊丝用气体保护焊替代焊条电弧焊二是自主设计一款堆焊操作机利用 程序控制伺服电机实现远距离控制焊接操作更便利同时解决传统人工堆焊效率低、焊接质量不稳定等问题 关键词:扁头套药芯焊丝堆焊操作机再制造技术 中图分类号:文献标志码:.:收稿日期:作者简介:陈柳池()男工程师从事焊接工艺及管理工作 近年来随着钢铁产业不断升级换代冶轧设备对万向接轴的承载能力、使用寿命、节能环保
2、等各项指标提出了更高的要求 由于在高温、高湿、高强度等工作环境下万向接轴关键零部件尤其是轧辊扁头套极易出现腐蚀、磨损、压溃损伤等失效报废造成用户更换维护成本及能耗大幅增加 本文以轧辊扁头套为例进行了再制造技术的研究为该类产品的再制造技术的提升提供参考 扁头套修复部位及技术参数.扁头套装配结构 轧机的轧制力矩通过轧辊扁头衬板万向接轴扁头套传递衬板用螺栓固定在接轴扁头套的衬板槽平面上如图 所示 由于轧辊装配的需要扁头套与轧辊扁头间的配合形式一般采用间隙配合工作一段时间后由于磨损等因素此间隙会越来越大引起轧钢时咬钢冲击导致主传动较大幅度地扭振成为零件疲劳失效的主要原因之一.扁头套修复前情况 以吉林建
3、龙 粗轧机万向节修复为例公司组织人员在 年 月对该项目两套辊端万向节进行拆解、清洗、检验、测量及分析工作发现以下情况:()扁头套内孔圆弧面磨损严重原图纸要求扁孔圆弧(.)尺寸扁头套实测.扁头套实测.扁头套轧辊扁头衬板图 扁头套配合图 ()对内孔进行磁粉检测后发现两件扁头套扁孔四处根部 圆弧均存在线性缺陷长度范围 根据上述情况决定加工去除上述两件扁头套内孔 圆弧处线性缺陷及 圆弧面疲劳层 加工后打磨圆滑 圆弧对 圆弧面采用“恢复尺寸和提升性能法”再制造模式修复利旧.传统修复特点 扁头套材质一般为、使用一段时间后会出现磨损、裂纹等缺陷需要进行修复 由于上述材料焊接性较差以往修复时需将扁头套加热至
4、并使用 焊条进行堆焊修复由于扁头套内孔直径小、深度大预热后温度较高手工焊接容易对人员造成伤害且焊接效率低焊接质量不稳定 因此需要设计 年第 期大型铸锻件一种自动化焊接设备替代人工焊接 堆焊操作机设计.设计思路 本设备采用三坐标龙门结构基于西门子 设计、轴采用伺服驱动器 伺服电机 全封闭丝杆结构采用触摸屏进行运行监控和参数设置为便于操作配置了操作手柄 技术在电气控制中具有较强的抗逆性结构简单维护相对容易借助伺服电机和伺服控制器可对多台电动机进行有效控制提高机械设备控制精度及各轴运行的稳定性.主体结构 扁头套内孔堆焊操作机(以下简称“操作机”)采用 四轴龙门架形式和 轴采用伺服电机 同步轴驱动方式
5、、轴为伺服电机驱动方式如图 所示 各轴采用全封闭滚珠丝杆直线滑台丝杆两端安装防撞胶垫各轴直线滑台在侧面安装刻度尺及指针各轴行程两端安装光电限位开关图 堆焊操作机四轴结构 .工作原理 操作机运行时采用扁头套固定、焊枪移动的方式由 轴实现焊接主运动完成焊枪沿扁头套内孔轴线的往复直线运动 轴与 轴用于调整焊枪定位完成扁头套内孔焊接位置调整 轴上沿 方向固定一根 长的金属杆保证金属杆可以绕 轴旋转 杆另一端安装焊枪夹持器以满足不同角度的焊接工作.电控系统 电控系统包含电控箱和操作盒电缆与电控箱、操作盒采用工业连接器连接 电控系统采用 人机界面控制方式各轴设单独的【正转停止反转】选择开关和【速度调节】电
6、位器控制运行和速度 人机界面布置在电控箱上用于显示各轴运行状态、速度、故障和参数设置 操作按钮和速度调节布置在操作盒上 将焊枪上的开关功能引至操作盒上设置【启动】按钮用于控制焊机起弧、焊接、停止 电控箱和操作盒上均设置【急停】开关.各轴参数 一般扁头套内孔深度为 左右按其尺寸设置 轴有效行程为 进给速度为 轴有效行程为 轴有效行程为 进给速度均为 .焊接设备选择 二氧化碳气体保护焊焊接质量和焊接效率均优于传统焊条电弧焊通过操作机控制盒远程控制可实现焊枪按预定焊接轨迹进行自动焊接完成扁头套内孔堆焊修复工作 药芯焊丝工艺评定 由于需要改变焊接方法我们需要研制新型焊材代替传统修复所用的焊条 传统修复
7、焊材为 马氏体不锈钢焊条马氏体不锈钢具有强度高、硬度高、韧性好、耐腐蚀等特点广泛应用于机械领域零部件的制造与修复 我们与焊材厂商合作开展焊丝评定工作经过多次试验后最终选定了两种马氏体不锈钢药芯焊丝作为最后评定的对象具体评定事项如下:.试板选择 按扁头套母材调质性能选择堆焊试板试板规格为 其主要力学性能参数如表 所示表 试板主要力学性能参数 材质.试验焊材选择 前期焊丝评定工作最终选出两种药芯焊丝(.)、(.)将其与传统修复所用的()焊条在相同性能的试板上堆焊后进行对比试验焊材主要化学成分及硬度如表 所示表 三种焊材主要参数 牌号 规格熔覆金属化学成分(质量分数).试板加工、焊接 ()为验证不同
8、厚度堆焊层的性能将每块试板加工为等宽台阶其中药芯焊丝试验试板加工成 个等宽台阶对于焊条试验试板由于堆焊时每层厚度较厚加工成 个等宽台阶陈柳池:轧机扁头套再制造技术研究与应用 年第 期 ()每种焊材堆焊两块试板防止单一试板出现的人工操作失误影响结果判断焊接后将药芯焊丝试板堆焊层加工为 、台阶焊条试板堆焊层加工为 、台阶.性能检测 ()对加工后的堆焊层表面进行 检测发现采用(.)堆焊的两块试板出现线性缺陷其余试板合格 ()对所有试板进行化学成分、金相组织、硬度检测如表、图 所示表 熔覆金属化学成分及硬度值 焊材试板编号熔覆金属化学成分(质量分数)一层两层(.)(.)().()(.)()(.)()(
9、)图 熔覆金属 倍金相对比 .评定结果 从表 中可以看出(.)焊丝在三种焊材形成的熔覆金属中 的占比最高 是马氏体铬不锈钢最重要的合金元素它是铁素体形成元素足够的铬可使钢变成单一的铁素体不锈钢 和 的相互作用使钢在高温时具有稳定的 或 相区 可以降低奥氏体向铁素体和碳化物的转变速度从而提高淬透性含量的提高钢的抗氧化性能也明显提高 从图 熔覆金属 倍金相组织中可以看出三种焊材金相组织均为马氏体组织未发现铁素体组织()的组织中条状马氏体组织比较粗大(.)金相组织中条状马氏体组织方向也比较明显而(.)金相组织中马氏体组织晶粒更细 用(.)焊丝堆焊的两块试板无损检测均发现线性缺陷(.)焊丝相比相同堆焊
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