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[摘 要]本文阐述了回转窑托轮铸造缺陷的焊接修复过程，分析了材质为ZG42CrMo铸件的焊接性，进而提出了相应的焊接修复工艺。焊接后，进行了外观目测、无损检测、硬度检测等质量检测均为合格，成功的修复了托轮中的铸造缺陷，确保了产品质量，节约了生产成本，取得了良好的经济效益。为类似的相关产品的修复提供了宝贵的经验，在实际生产中具有较高的指导意义。
[关键词]托轮；焊接性；焊接工艺；焊接修复
中图分类号：P755.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）33-0017-01
前言
回转窑被广泛的应用于水泥、有色金属冶炼、冶金矿山等众多领域，是工业生产的重要设备。托轮是回转窑中的承托主要装置之一，它支承着回转窑回转部分的全部重量，并在径向方向上对筒体起定位作用，是回转窑的重要组成构件。
某公司制造的回转窑是出口缅甸的重点产品，成功生产该产品意义非凡。回转窑托轮为铸钢构件，铸造后的托轮在粗加工后发现存在不同程度的铸造缺陷，此铸造缺陷严重影响了质量产品。针对此情况，公司技术人员进行了原因分析，为更好的完成工期进度与降低生产成本，决定采取焊接修复方式对托轮进行整体修复。经现场质量检测和使用证明，本次采用的焊接修复是成功的，所采用的焊接工艺是可行的，为以后类似产品的生产提供了较高的价值。
1 托轮结构形式及缺陷
在铸造生产中，大构件产品的生产往往带有各种缺陷，例如不同程度的气孔、缩孔、缩松、砂眼、夹砂和未穿透性裂纹等。回转窑托轮结构形式如图1所示。在生产两台回转窑共有12个托轮，由于该托轮尺寸较大，导致其中有6个存在铸造缺陷。托轮铸造产生的缺陷形式主要为气孔、裂纹和夹砂。其缺陷产生的主要位置有托轮轮辐铸造孔处、托轮外表面和由外表面向径向和轴向延伸的部位。
2 焊接性分析
42CrMo由于其良好的综合力学性能而作为制作高载荷下工作的重要部件，特别是在受冲击、震动、弯曲、扭转载荷的机件，如主轴、连杆、曲轴等。某公司采用42CrMo作为铸造回转窑托辊的材料。其化学成分及力学性能如下：
（1） 铸件ZG42CrMo的含碳量及Cr和Si含量都较高，使其具有较大的热裂纹倾向，因此在选择焊接材料时，应选用低碳低硅焊丝，同时严格控制焊材中含S、P杂质少的焊接材料。
（2） 计算其碳当量，按照国际焊接学会（ⅡW）推荐的的碳当量计算公式[1]：
则ZG42CrMo的碳当量按照最坏情况计算的结果如下：
ZG42CrMo的碳当量（CE） 约为0.91%，焊接性很差，淬硬倾向很大，冷裂纹的敏感性很大，焊接接头易形成淬硬组织、气孔和裂纹，焊接时应采用低氢焊接材料；同时托轮体积大、刚性大，焊接修复时拘束大，焊后的变形补偿能力较差，且传热快，致使焊接时的应力较大，因此，应进行焊前预热处理。与此同时也需要考虑热影响区的脆化问题。
为了减少热影响区的脆化，从减小脆硬倾向出发，本应采取大热输入量才有利于焊接，但是由于钢材焊接的淬硬性强，仅通过增加热输入量还很难避免马氏体的产生，相对反而增大了奥氏体的过热，促使冷却的组织变成更大的马氏体，反而使得热影响区过热区脆化更为严重。因此，施焊时应控制为较小的线能量，同时焊前必须进行预热，焊后进行及时缓冷热处理措施来减慢冷速度来，来改善热影响区的性能。
3 焊接工艺和过程
3.1 清除缺陷
采用镗床加工的方法对缺陷处进行初步的加工，并且将加工处油污清理干净；为了更好的清除缺陷，又采用气刨清根的方法，将缺陷彻底清理。为了减少焊接材料的填充量并利于填充过渡，其焊接部位坡口形式成敞开的“U”型过渡的形式[2]，然后用角向磨光机进行修磨平整，不得有尖角。经着色探伤检测，直至缺陷消失，探伤确认合格为止。
3.2 焊接材料选择及焊接工艺参数
根据缺陷部位、缺陷形式及缺陷程度等因素，为了便于操作，采用手工电弧焊方法进行焊接修复。考虑焊接宜选取低氢焊接材料，且结合焊缝金属与母材的强度、韧性和抗裂性等因素，故选择牌号为J757焊条。焊接工艺参数见表3。焊条在使用前必须烘干，温度为350℃，时间为1小时，将烘干后的焊条放置于保温桶内，随用随取。
3.3 焊前准备
转换拖轮的位置，将托轮转至易于焊接操作、避风的位置。在焊接修复前，将坡口及其周围20mm范围内的水、油污、锈蚀等杂质清除干净，保证在补焊区域坡口的清洁。按要求对焊条进行烘干。
托轮焊前要进行预热，预热可减少和避免产生淬硬组织，有利于氢的逸出，同时可防止冷裂纹的产生；也有利于改善焊缝金属和热影响区的显微组织，降低热影响区硬度，提高焊接接头的抗裂性。由于托轮的缺陷程度不同和缺陷位置分布不固定，选择对托轮进炉整体预热，不但能提高托轮温度分布的均匀性，减少内应力，还能防止托轮补焊时温度散失过快。根据经验公式计算，预热温度约为328℃，考虑焊接时热量会损失，故预热温度最终定位350-400℃。预热温度计算如下[3] ：
3.4 焊接过程
施焊时，操作方法为小爬坡或横焊法，焊接时应控制电弧不做摆动，采用窄焊道、短弧法、多层多道焊的焊接形式，以减小熔合比，降低焊缝含碳量，减小裂纹倾向。在焊接时可按托轮圆周方向的不同位置，布置2-3名焊工同步施焊，每名焊工的操作要保证一致性。
首先采用φ3.2mm焊条进行打底焊接，在焊第一层焊缝时要尽量采用小电流、慢速度，第二层开始用φ4.0mm的焊条焊接，焊接时按照表3所示参数。焊接时，尽量保证焊道间的重叠量不得小于焊道宽度的1/3，每焊完一层要用平圆头风铲过刨锤对焊缝表面进行适度锤击，以释放焊接应力，及时用钢丝刷除净焊渣和氧化皮等，焊接保证层间温度不低于350℃。在坡口边缘处的焊缝与外表面必须平缓圆滑过渡，不允许由表面缺陷。在焊接时要注意填满弧坑和保证焊缝的成型质量，这是由于热裂纹容易在为填满的弧坑处出现，特别在修复过程中采用多道焊时第一层焊缝的弧坑中以及焊缝的凹陷部位。
3.5 焊后热处理
焊接完成后，马上将托轮整体进炉加热，温度加热到400℃，保温2h；然后迅速加热到650℃，保温4h后随炉冷却至200℃，出炉，冷却到室温，以消除焊接应力。
3.6 检验
最后，待托轮出炉冷却至室温后，对补焊处进行表面修磨处理，使之表面平整、光洁。对已修复部位再次进行超声波探伤检测，满足GB7233—1987Ⅱ级标准要求，补焊处硬度也符合要求。
4 结论
采用了上述焊接工艺，成功的对材质为ZG42CrMo的回转窑托轮进行了焊接修复，保证了产品质量和交货期，取得了良好的效果。同时也为今后处理同类问题积累了宝贵经验。
参考文献
[1] 李亚江.焊接冶金学—材料焊接性.北京：机械工业出版社，2006.
[2] 中国重型机械工业协会.重型机械标准.昆明：云南科技出版社，2007.
[3] 中国机械工程学会焊接学会.焊接手册.北京：机械工业出版社，2001.
[关键词]托轮；焊接性；焊接工艺；焊接修复
中图分类号：P755.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）33-0017-01
前言
回转窑被广泛的应用于水泥、有色金属冶炼、冶金矿山等众多领域，是工业生产的重要设备。托轮是回转窑中的承托主要装置之一，它支承着回转窑回转部分的全部重量，并在径向方向上对筒体起定位作用，是回转窑的重要组成构件。
某公司制造的回转窑是出口缅甸的重点产品，成功生产该产品意义非凡。回转窑托轮为铸钢构件，铸造后的托轮在粗加工后发现存在不同程度的铸造缺陷，此铸造缺陷严重影响了质量产品。针对此情况，公司技术人员进行了原因分析，为更好的完成工期进度与降低生产成本，决定采取焊接修复方式对托轮进行整体修复。经现场质量检测和使用证明，本次采用的焊接修复是成功的，所采用的焊接工艺是可行的，为以后类似产品的生产提供了较高的价值。
1 托轮结构形式及缺陷
在铸造生产中，大构件产品的生产往往带有各种缺陷，例如不同程度的气孔、缩孔、缩松、砂眼、夹砂和未穿透性裂纹等。回转窑托轮结构形式如图1所示。在生产两台回转窑共有12个托轮，由于该托轮尺寸较大，导致其中有6个存在铸造缺陷。托轮铸造产生的缺陷形式主要为气孔、裂纹和夹砂。其缺陷产生的主要位置有托轮轮辐铸造孔处、托轮外表面和由外表面向径向和轴向延伸的部位。
2 焊接性分析
42CrMo由于其良好的综合力学性能而作为制作高载荷下工作的重要部件，特别是在受冲击、震动、弯曲、扭转载荷的机件，如主轴、连杆、曲轴等。某公司采用42CrMo作为铸造回转窑托辊的材料。其化学成分及力学性能如下：
（1） 铸件ZG42CrMo的含碳量及Cr和Si含量都较高，使其具有较大的热裂纹倾向，因此在选择焊接材料时，应选用低碳低硅焊丝，同时严格控制焊材中含S、P杂质少的焊接材料。
（2） 计算其碳当量，按照国际焊接学会（ⅡW）推荐的的碳当量计算公式[1]：
则ZG42CrMo的碳当量按照最坏情况计算的结果如下：
ZG42CrMo的碳当量（CE） 约为0.91%，焊接性很差，淬硬倾向很大，冷裂纹的敏感性很大，焊接接头易形成淬硬组织、气孔和裂纹，焊接时应采用低氢焊接材料；同时托轮体积大、刚性大，焊接修复时拘束大，焊后的变形补偿能力较差，且传热快，致使焊接时的应力较大，因此，应进行焊前预热处理。与此同时也需要考虑热影响区的脆化问题。
为了减少热影响区的脆化，从减小脆硬倾向出发，本应采取大热输入量才有利于焊接，但是由于钢材焊接的淬硬性强，仅通过增加热输入量还很难避免马氏体的产生，相对反而增大了奥氏体的过热，促使冷却的组织变成更大的马氏体，反而使得热影响区过热区脆化更为严重。因此，施焊时应控制为较小的线能量，同时焊前必须进行预热，焊后进行及时缓冷热处理措施来减慢冷速度来，来改善热影响区的性能。
3 焊接工艺和过程
3.1 清除缺陷
采用镗床加工的方法对缺陷处进行初步的加工，并且将加工处油污清理干净；为了更好的清除缺陷，又采用气刨清根的方法，将缺陷彻底清理。为了减少焊接材料的填充量并利于填充过渡，其焊接部位坡口形式成敞开的“U”型过渡的形式[2]，然后用角向磨光机进行修磨平整，不得有尖角。经着色探伤检测，直至缺陷消失，探伤确认合格为止。
3.2 焊接材料选择及焊接工艺参数
根据缺陷部位、缺陷形式及缺陷程度等因素，为了便于操作，采用手工电弧焊方法进行焊接修复。考虑焊接宜选取低氢焊接材料，且结合焊缝金属与母材的强度、韧性和抗裂性等因素，故选择牌号为J757焊条。焊接工艺参数见表3。焊条在使用前必须烘干，温度为350℃，时间为1小时，将烘干后的焊条放置于保温桶内，随用随取。
3.3 焊前准备
转换拖轮的位置，将托轮转至易于焊接操作、避风的位置。在焊接修复前，将坡口及其周围20mm范围内的水、油污、锈蚀等杂质清除干净，保证在补焊区域坡口的清洁。按要求对焊条进行烘干。
托轮焊前要进行预热，预热可减少和避免产生淬硬组织，有利于氢的逸出，同时可防止冷裂纹的产生；也有利于改善焊缝金属和热影响区的显微组织，降低热影响区硬度，提高焊接接头的抗裂性。由于托轮的缺陷程度不同和缺陷位置分布不固定，选择对托轮进炉整体预热，不但能提高托轮温度分布的均匀性，减少内应力，还能防止托轮补焊时温度散失过快。根据经验公式计算，预热温度约为328℃，考虑焊接时热量会损失，故预热温度最终定位350-400℃。预热温度计算如下[3] ：
3.4 焊接过程
施焊时，操作方法为小爬坡或横焊法，焊接时应控制电弧不做摆动，采用窄焊道、短弧法、多层多道焊的焊接形式，以减小熔合比，降低焊缝含碳量，减小裂纹倾向。在焊接时可按托轮圆周方向的不同位置，布置2-3名焊工同步施焊，每名焊工的操作要保证一致性。
首先采用φ3.2mm焊条进行打底焊接，在焊第一层焊缝时要尽量采用小电流、慢速度，第二层开始用φ4.0mm的焊条焊接，焊接时按照表3所示参数。焊接时，尽量保证焊道间的重叠量不得小于焊道宽度的1/3，每焊完一层要用平圆头风铲过刨锤对焊缝表面进行适度锤击，以释放焊接应力，及时用钢丝刷除净焊渣和氧化皮等，焊接保证层间温度不低于350℃。在坡口边缘处的焊缝与外表面必须平缓圆滑过渡，不允许由表面缺陷。在焊接时要注意填满弧坑和保证焊缝的成型质量，这是由于热裂纹容易在为填满的弧坑处出现，特别在修复过程中采用多道焊时第一层焊缝的弧坑中以及焊缝的凹陷部位。
3.5 焊后热处理
焊接完成后，马上将托轮整体进炉加热，温度加热到400℃，保温2h；然后迅速加热到650℃，保温4h后随炉冷却至200℃，出炉，冷却到室温，以消除焊接应力。
3.6 检验
最后，待托轮出炉冷却至室温后，对补焊处进行表面修磨处理，使之表面平整、光洁。对已修复部位再次进行超声波探伤检测，满足GB7233—1987Ⅱ级标准要求，补焊处硬度也符合要求。
4 结论
采用了上述焊接工艺，成功的对材质为ZG42CrMo的回转窑托轮进行了焊接修复，保证了产品质量和交货期，取得了良好的效果。同时也为今后处理同类问题积累了宝贵经验。
参考文献
[1] 李亚江.焊接冶金学—材料焊接性.北京：机械工业出版社，2006.
[2] 中国重型机械工业协会.重型机械标准.昆明：云南科技出版社，2007.
[3] 中国机械工程学会焊接学会.焊接手册.北京：机械工业出版社，2001.