- 相關(guān)推薦
抽油機(jī)減速器殼體鑄鐵冷焊工藝
抽油機(jī)減速器殼體鑄鐵冷焊工藝
【摘要】文中對(duì)抽油機(jī)減速器殼體鑄鐵冷焊工藝的可行性進(jìn)行了探討，列舉了鑄鐵冷焊的工藝要點(diǎn)，就鑄件內(nèi)部導(dǎo)熱、輻射換熱和對(duì)流熱進(jìn)行了傳熱理論分析。
對(duì)不同大小鑄件的水冷和空冷焊接進(jìn)行了比較，結(jié)果表明：對(duì)于小鑄件，水冷效果明顯，但產(chǎn)生的白口及淬硬組織多，對(duì)于較大鑄件，水冷效果不明顯，鑄件越大，水冷效果越不明顯。
【關(guān)鍵詞】鑄鐵冷焊;焊接工藝;傳熱
抽油機(jī)減速器殼體單重達(dá)1.6噸，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，單體價(jià)值量較高，在實(shí)際工作中，一旦出現(xiàn)鑄造缺陷，即行破壞回爐處理，對(duì)生產(chǎn)成本控制是極為不利的，因此，我們對(duì)抽油機(jī)減速器殼體局部缺陷的焊補(bǔ)技術(shù)進(jìn)行了探討，以解決該難題。
考慮到抽油機(jī)減速器殼體體積太大的實(shí)際，整體預(yù)熱后進(jìn)行焊補(bǔ)是不具備實(shí)際操作條件的，因此，只能采用冷焊方式。鑄鐵冷焊工藝中最突出的缺陷，是易產(chǎn)生白口及淬硬組織，易產(chǎn)生裂紋和氣孔。
1、理論分析
鑄鐵冷焊的成功與否，關(guān)鍵在于對(duì)白口層及裂紋的控制，因此焊接材料的選擇，焊接工藝的制定主要是圍繞這兩個(gè)問(wèn)題進(jìn)行的。
白口組織的多少與化學(xué)成分和冷卻速度有直接關(guān)系。石墨化元素不足，冷卻速度過(guò)快，都是促進(jìn)白口產(chǎn)生的因素。實(shí)踐證明，冷卻速度的影響比化學(xué)元素的影響更大。
裂紋(冷裂紋)的產(chǎn)生與焊接應(yīng)力的大小及淬硬組織的多少、分布狀況有關(guān)。應(yīng)力是根本原因，淬硬組織是必要條件，經(jīng)測(cè)試焊縫金屬中心區(qū)的溫度與應(yīng)力關(guān)系如圖1，從中可看出在850℃ 以下開(kāi)始產(chǎn)生平均應(yīng)力。
在600～700℃之間因發(fā)生相變出現(xiàn)某些應(yīng)力緩和，此后隨著溫度的降低拉應(yīng)力直線增加[1]。當(dāng)化學(xué)元素一定時(shí)，冷卻速度快有利于白口組織的產(chǎn)生。焊縫中熱的傳播主要靠表面放熱和殼體內(nèi)導(dǎo)熱，表面放熱包括對(duì)流換熱和輻射換熱。對(duì)于此類較大鑄件，使用特定焊接工藝方法，可以通過(guò)幾種熱交換的數(shù)值分析[2]來(lái)比較水冷焊效果。
1.1殼體內(nèi)部導(dǎo)熱
將鑄件放在水里焊補(bǔ)(焊縫露出水面8～12mm)時(shí)，導(dǎo)熱首先是沿著有焊縫的上平面向四周擴(kuò)散，然后傳到側(cè)面，經(jīng)8～12mm后，才與水接觸。根據(jù)大殼體瞬時(shí)冷卻速度計(jì)算公式：
則有：
λ：殼體導(dǎo)熱系數(shù)，T：某一瞬時(shí)溫度，T0：室溫，q/v：焊接線能量(J/cm))
根據(jù)條件T空=T水(同樣高溫下，比較空氣和水冷條件下時(shí)的冷卻速度)有：
T0空=T0水(同一室溫); (q/v)水=(q/v)空(同樣線能量)
λ水：在水冷焊時(shí)鑄鐵的導(dǎo)熱系數(shù)，λ空：在空氣中焊殼體時(shí)鑄鐵的導(dǎo)熱系數(shù)。
同種材質(zhì)當(dāng)溫度不同時(shí)其導(dǎo)熱系數(shù)不一樣，但按水冷焊補(bǔ)方法，傳到側(cè)壁8～12mm后的溫差很小(用表面溫度計(jì)測(cè)得)，故λ水≈λ空。說(shuō)明從殼體內(nèi)部導(dǎo)熱這方面，在水中和空氣中的冷卻速度變化不大，沒(méi)有明顯作用。
1.2輻射換熱
輻射換熱比熱流量：qr(卡/厘米·秒)
式中εC0為比例系數(shù)，其中C0為常量，且C0=1.373x10-4卡/厘米2·秒·K4，ε為黑度系數(shù)，T0為室溫，在水冷、空冷焊時(shí)εC0、T0都是一致的。T為焊件被加熱的溫度。由于采用上述焊接方法，對(duì)于較大鑄件，在接近水面部位溫度基本一致(表面溫度計(jì)所測(cè))，接近室溫，此時(shí)水的對(duì)流交換作用很小，故T水≈T空，即在水冷和空冷焊中其比熱流量近似相等。說(shuō)明在輻射熱方面水冷起不到使大鑄件快速冷卻的效果。
1.3對(duì)流換熱
對(duì)流換熱比熱流量qk(卡/厘米2·秒)
式中：T為固體表面溫度，T0為初始溫度，αk為對(duì)流放熱系數(shù)(卡/厘米2·秒)。
鑄件在空冷焊時(shí)，全部與空氣對(duì)流換熱;在水冷時(shí)，低于焊縫8～12mm的部位是與水進(jìn)行對(duì)流換熱(即泡在水中部分)，而以上部分是空冷。按上述焊接方法T水≈T空，所以兩種焊法空冷部分的qk值可以看成是一樣的。
對(duì)于較大的鑄件，在8～12mm以下部分，溫度不會(huì)有明顯升高(由表面溫度計(jì)測(cè)得)，即T≈T0≈室溫，此時(shí)即使αk水≥αk空，但仍αk水≈αk空≈0，即在這種焊接方法情況下，在焊縫以下8～12mm的部位因溫度上升很少，無(wú)論是空冷、水冷對(duì)流換熱都不明顯。
通過(guò)以上的理論分析，不難看出，對(duì)于大型鑄件，水冷實(shí)際上沒(méi)有效應(yīng)，企圖通過(guò)這種方法提高冷卻速度“控制母材的熔化量”是很難做到的。對(duì)于一些小型鑄件，水冷還是有效的，確實(shí)提高了冷卻速度，但這是有害的，是應(yīng)防止的。它不但增加了白口層厚度，增加了淬硬組織，而且還極易產(chǎn)生裂紋和氣孔。
2、金相組織
查有關(guān)資料[1]中金相組織(如表1)
3、鑄鐵冷焊工藝中的缺陷及防止措施
3.1裂紋
裂紋是鑄鐵焊接中最有代表性的缺陷，也是決定成敗的關(guān)鍵。裂紋可分為熱裂紋和冷裂紋。熱裂紋是產(chǎn)生在焊縫上的一種細(xì)碎裂紋，冷裂紋可能產(chǎn)生在焊縫及焊縫以外的區(qū)域，半熔化區(qū)最易出現(xiàn)且形成剝離裂紋。
防止熱裂主要措施有：盡量選用細(xì)焊條、堿性焊條、適當(dāng)提高焊縫冷卻速度。防止冷裂的主要措施有：采用“加熱減應(yīng)法”、選擇合理的焊接順序、采用塑性好、屈服強(qiáng)度低的焊條、對(duì)于厚、大件，坡口要開(kāi)的窄而深，以減少產(chǎn)生過(guò)大的收縮力。
3.2白口及淬硬組織
白口的產(chǎn)生主要是由于石墨元素不足和冷卻速度過(guò)快而造成。冷卻速度快，容易產(chǎn)生白口、淬硬組織，它的產(chǎn)生不但給加工帶來(lái)困難，而且還易導(dǎo)致裂紋的產(chǎn)生。
主要防止措施有：在打底焊時(shí)，采用小線能量法、多層焊法、對(duì)于能自由收縮的焊縫或大鑄件表面的局部焊補(bǔ)，采用較大電流，連續(xù)焊，盡量降低冷卻速度、對(duì)于有加工性能要求的部位，可采用鎳基焊條打底。
白口組織一旦產(chǎn)生，要想消除比較困難，在條件允許的情況下，可用退火進(jìn)行處理，小件可用氧-乙炔焰反復(fù)加熱，然后緩冷保溫，大些的鑄件可通過(guò)加熱爐退火。實(shí)在不好解決的要磨掉，換用鑄308焊條，小電流施焊。
針對(duì)以上分析，我們采用焊前局部預(yù)熱至約300℃，采用E4303(φ2.5～φ3.2)焊條，小電流(60～110A)、短焊、分散焊、多層焊焊法，每層焊道焊后及時(shí)錘擊等工藝措施，焊后空冷，成功修復(fù)了部分減速器殼體，有效降低了損失。
4、結(jié)論
通過(guò)以上理論分析及對(duì)金相組織的研究，可以得出如下結(jié)論：
(1)對(duì)于減速器殼體等此類較大鑄件，采用水冷效果很不明顯，幾乎沒(méi)有作用。
(2)對(duì)于小鑄件，水冷效果明顯，但它較空冷焊接產(chǎn)生的白口及淬硬組織多，更易產(chǎn)生裂紋和氣孔。
(3)為防止變形，防止其他部位過(guò)熱，在不得已的情況下，可以采用水冷焊接，但要注意，此時(shí)產(chǎn)生白口、裂紋、氣孔的傾向會(huì)增加。
(4)對(duì)于減速器殼體等此類較大鑄件，應(yīng)從采用合理焊接工藝思路出發(fā)，如“短弧、斷續(xù)、薄層焊，焊焊停停、敲敲殘?jiān)?rdquo;等方式。
【抽油機(jī)減速器殼體鑄鐵冷焊工藝】相關(guān)文章：
過(guò)濾器殼體租賃合同02-02
能干的抽油機(jī)中班社會(huì)活動(dòng)教案10-07
工藝實(shí)習(xí)報(bào)告11-05
電子工藝實(shí)習(xí)心得09-04
電工工藝實(shí)習(xí)心得01-18
紙條工藝-教學(xué)教案10-07
工藝品作文03-14
工藝工作總結(jié)03-07