烧结机台车断裂焊接修复方法

文档序号:3021418
专利名称:烧结机台车断裂焊接修复方法
技术领域
本发明属于对开裂的球墨铸铁件进行焊接修复的技术领域,是涉及ー种以基质为球墨铸铁材料的烧结机台车断裂焊接修复方法。
背景技术
烧结机的台车为整体鋳造的刚性框架,中间的两条主梁截面规格较大,两边的端梁截面规格较小,材质为球墨铸铁。在烧结矿的生产过程中,烧结机台车各部件在运行过程中受到冷热循环差别较大,产生热胀冷缩的变化时间也不一致,且主梁和端梁为刚性框架,导致端梁受主梁限制产生强大拉应力,且球墨铸铁延伸率很低,脆性大,抗拉強度小,拉应力超出抗拉强度就会产生断裂,经过多次冷热循环,裂ロ逐步延伸,直至整个截面断裂,完全断裂的断ロ间隙呈现上大下小状态。我国钢铁冶金企业烧结生产每年在用球墨铸铁台车约15000台,在使用过程中有80%会出现裂缝,由于球墨铸铁材料的不可焊性,大部分厂家都是直接将其报废,导致设备运行成本居高不下。

发明内容
为了克服现有技术的上述缺点,本发明提供ー种能充分利用废旧设备、修复成本低的以球墨铸铁为基质的烧结机台车断裂焊接修复方法,本发明主要是通过有效热处理将使外部应カ对焊缝的影响由拉应カ转为压应力,达到通过焊接修复烧结机台车断裂处的目的。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种烧结机台车断裂焊接修复方法,该烧结机台车是由主梁、端梁和侧梁组成的框架结构,主梁和端梁为刚性框架,导致端梁受主梁限制产生强大拉应力,致使侧梁所受拉应力超出抗拉强度而产生断裂,其修复エ艺步骤是:
第一歩:加工断ロ两侧坡ロ,在保证焊接操作前提下尽量采用小角度坡ロ角度,有利于减小焊缝角变形应カ,坡ロ间隙尽量平直均匀,焊道弯曲部位尽量平缓过渡;
第二步:在台车端梁断ロ的相邻主梁上同截面部位加热,使其受热膨胀从而张开断ロ,加热温度持续稳定,主梁上加热纵向范围在与断ロ同截面附近,减小横向筋板对断ロ展开效果的影响;
第三步:在断口上下翼缘端塞入楔子使断ロニ次张开,断ロ两端塞开距离尽量一致;第四步:断ロ焊接:制定合理焊接顺序,焊道纵向焊接顺序为先焊腹板,然后松开楔子焊接翼缘端,焊道截面焊接顺序是先从坡ロ底往上焊坡ロ面,然后填焊焊缝中间空隙,最后进中间焊缝合拢焊接;
第五步:断口腹板焊完后,松开楔子填充焊接翼缘端,此时腹板焊缝已承受压应力,翼缘端的焊接同腹板焊接エ艺,在翼缘端过渡层焊接时,当加热温度不够时,采用火焰辅助加
执.第六歩:焊道焊完后对焊缝金属保温缓冷,保证熔合线区域球墨铸铁力学性能,最后停止主梁加热空冷,主梁冷却收缩,弥补侧粱焊接接头收缩量,同时由于主梁加热范围较大,收缩量大于焊接接头收缩量从使接头施加二次压应カ。在所述第二步中,由于球墨铸铁含碳量高,热膨胀性较大,加热温度不得高于消应力退火温度,温度过高容易出现加热区域软化,膨胀率受另ー侧主梁和端梁限制,断ロ张开效果不理想,对烧结机台车的加热温度为500 600°C。在所述第四步的焊接过程中,采用间歇焊エ艺,每焊接一定长度停下立即对焊缝金属进行锤击使其产生横向延展,尤其在合拢焊道焊接时需全面充分的锤击焊缝金属让其在冷却过程中充分延展;焊接參数在保证熔合性基础上尽量采用小线能量參数,减小焊缝热输入对接头熔合区的影响。所述第四步焊接采用只在焊缝和母材之间焊接镍基焊材过渡层,焊道中间用低合金钢焊材替代填充的方法降低焊材成本。焊接时先在坡ロ面用手工电弧焊焊接过渡层,然后用CO2气体保护焊填充焊接中间层,中间层按照顺序进行填充焊接,过渡层焊接前对坡ロ面进行预热处理,改善镍基焊条与球墨铸铁的焊接性,中间填充焊接时不用加热,只需保持合适的层间温度。本发明的积极效果是:通过有效热处理使外部应カ对焊缝接头的影响由拉应カ转为压应力,通过制定合理焊接顺序,保证球墨铸铁台车焊接修复后机械性能,达到完全修复烧结机台车侧梁断ロ的效果,该技术具有可行有效、修复成本低、修复率高、修复后显著改善台车框架整体力学性能延长台车使用寿命的特点,在烧结机台车的修废利旧降低设备运行成本方面取得显著良好效果。且采用只在焊缝和母材之间焊接镍基焊材过渡层,焊道中间用低合金钢焊材替代填充的方法降低焊材成本,不仅可获得巨大的经济效益,并充分利用废旧设备,大大降低了设备运行成本。


图1烧结台车结构示意图。图2断ロ焊接填充顺序示意图。图中:1_主梁、2-端梁、3-侧梁、4-滚轮、5-主梁加热区域、6-断裂ロ、7-背面清根部分、8-坡ロ面打底过渡层。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进ー步说明。如图1和图2所示,一种烧结机台车断裂焊接修复方法,该烧结机台车是由主梁、端梁和侧梁组成的框架结构,主梁和端梁为刚性框架,导致端梁受主梁限制产生强大拉应力,致使侧梁所受拉应力超出抗拉强度而产生断裂,其修复エ艺步骤是:
第一歩:加工断ロ两侧坡ロ,在保证焊接操作前提下尽量采用小角度坡口角度,有利于减小焊缝角变形应カ,坡ロ间隙尽量平直均匀,焊道弯曲部位尽量平缓过渡;
第二步:在台车端梁断ロ的相邻主梁上同截面部位加热,使其受热膨胀从而张开断ロ,加热温度持续稳定,主梁上加热纵向范围在与断ロ同截面附近,减小横向筋板对断ロ展开效果的影响,由于球墨铸铁含碳量高,热膨胀性较大,加热温度不得高于消应力退火温度,温度过高容易出现加热区域软化,膨胀率受另ー侧主梁和端梁限制,断ロ张开效果不理想,对烧结机台车的加热温度为500 600°C ;
第三步:在断口上下翼缘端塞入楔子使断ロニ次张开,断ロ两端塞开距离尽量一致;第四步:断ロ焊接:制定合理焊接顺序,焊道纵向焊接顺序为先焊腹板,然后松开楔子焊接翼缘端,焊道截面焊接顺序是先从坡ロ底往上焊坡ロ面,然后填焊焊缝中间空隙,最后进中间焊缝合拢焊接,采用间歇焊エ艺,每焊接一定长度停下立即对焊缝金属进行锤击使其产生横向延展,尤其在合拢焊道焊接时需全面充分的锤击焊缝金属让其在冷却过程中充分延展;焊接參数在保证熔合性基础上尽量采用小线能量參数,减小焊缝热输入对接头熔合区的影响;焊接采用只在焊缝和母材之间焊接镍基焊材过渡层,焊道中间用低合金钢焊材替代填充的方法降低焊材成本。焊接时先在坡ロ面用手工电弧焊焊接过渡层,然后用CO2气体保护焊填充焊接中间层,中间层按照顺序进行填充焊接,过渡层焊接前对坡ロ面进行预热处理,改善镍基焊条与球墨铸铁的焊接性,中间填充焊接时,只需不用加热保持合适的层间温度;
第五步:断口腹板焊完后,松开楔子填充焊接翼缘端,此时腹板焊缝已承受压应力,翼缘端的焊接同腹板焊接エ艺,翼缘端过渡层焊接时如果加热温度不够可采用火焰辅助加
执.第六步:焊道焊完后对焊缝金属保温缓冷,保证熔合线区域球墨铸铁力学性能,最后停止主梁加热空冷,主梁冷却收缩,弥补侧粱焊接接头收缩量,同时由于主梁加热范围较大,收缩量大于焊接接头收缩量从使接头施加二次压应カ。在具体实施时,首先做好エ艺准备:
ー是选择焊接方法
选用手工电弧焊焊接断ロ焊道坡ロ面过渡层,用CO2气保焊填充中间焊道 ニ是选择焊接材料
坡ロ面焊接过渡层:镍基铸铁焊条Z408
焊道中间填充焊接=CO2气保焊丝H08Mn2SiA (其他同类别、同力学等级焊丝)
三是选择エ机具 直流焊接2台 CO2气保焊机2台 电加热器2套 空气压缩机I台 红外测温仪I台 气铲2把 手锤2把 斜楔4个
具体实施工艺步骤是:
第一歩:用碳弧气刨加工断ロ焊道,焊道坡口角度35 40°,间隙从下到上10 14mm,修理断ロ间隙使其尽量均匀平直。坡ロ加工后在坡ロ面及其两侧各20 30 mm范围用火焰清理油污,用钢丝轮清理表面杂质。第二步:在断ロ背面贴上ー块加热板将断ロ两侧各100 150 mm加热到约200°C,电加热器在断ロ处加垫石棉,避免电加热板受熔池金属损坏。
第三步:用电热器在与焊ロ相邻的主梁上与焊ロ同截面的400 500 mm范围加热(如图2云线区域),加热温度为450 500°C,使主梁受热膨胀从而张开侧粱断ロ,然后在断ロ翼缘端打入楔子,使焊道间隙张大0.5 I mm,达到断ロニ次张开,承受预压应力。第四步:断ロ焊接:焊道纵向焊接顺序为先焊腹板,然后松开楔子焊接翼缘端,焊缝截面焊接顺序为先在坡ロ面用手工电弧焊焊接过渡层,然后用CO2气体保护焊填充焊接中间层,中间层填充焊接顺序如图2,先从坡ロ底往上焊坡ロ面,最后填焊焊缝中间空隙,最后进中间焊缝合拢焊接。腹板焊接过程中每焊一定长度(80 100 mm)便停下用气铲对刚填焊的焊缝金属中间进行锤击,使焊缝金属横向延展。正面填充焊满后,拆开背面加热板进行清根焊接,背面清根后焊道填充焊接エ艺同正面填充合拢エ艺。翼缘端的焊接填充顺序同腹板焊接顺序,焊接过程中同样采用锤击消应カ措施,但由于翼缘端加工成双面坡ロ形式,不需进行背面清根,采用双面交替对称焊即可。
第五步:对于未完全断开的断ロ,在裂纹端头采取止裂措施,用碳弧气刨加工相对断裂方向的横向长圆孔,焊接时将未断开的部分与相邻主梁同步加热和冷却。第六步:焊完后焊道保温缓冷,最后拆除主梁上的加热器空冷。本发明实现了刚性框架的球墨铸铁台车断裂失效的不可修复变成完全可修复,同时大幅改善了台车整体性能,开创了国内冶金企业烧结机台车失效修复新エ艺。主要通过分析掌握台车运行热循环应カ状态,由此在焊前及焊接过程中对焊道施加预压应カ将外部应カ对焊缝接头的影响由拉应カ转为压应力,降低了设备运行对焊道力学性能要求,使焊缝接头性能能满足使用设备运行环境要求,同时改善台车运行时内部热循环应カ状态大幅延长台车使用寿命。由于采用仅在坡ロ面用少量的镍基铸铁焊条焊接过渡层,中间用普通低合金钢焊丝填焊,大大降低了修复成本。本发明在失效设备修复利用降低设备运行成本方面取得显著经济效益,具有广泛发展前景并产生巨大的经济效益和社会效益,预计本发明能为我国在铸铁设备及大型铸件修造领域开辟一个新的方向。本发明经济效益及社会效益
以下是以某钢厂烧结机每年修复台车为例的实施计算效益:
1)直接经济效益
需焊接修复的台车累计109台,预计节省新台车购置费用:按每台价格10万元计,109X10=1090 万元。可利用台车报废残值:台车重量约2.8吨,报废台车球墨铸铁按1000元/吨计,109 台残值为 109 X 2.8 X 1000=305200 (元)=30.52 (万元)
项目直接经济效益=节省新台车购置费用-台车报废残值=1090-30.52=1059.48 (万
元)
2)间接经济效益
一是断裂台车修复之前均需停产更换新的台车,更换工作内容包括:旧台车的吊离、新台车装设炉条和端头挡板、新台车安装就位,每更换一台4人需至少7个小吋。现需更换109台,烧结机年产烧结矿100万吨,除去正常检修停机时间,年有效运行时间300天,每小时产球团矿100/ (300X24) =0.013889万吨=138.89吨,按每吨效益20元计,一年间接挽回经济效益为109X7X138.89X20=211.95万元
ニ是节省台车更换人工费:按Iエ日8小时,每エ日80元计,则4人拆除和安装一台台车需 7 小时(4X7/8) X80X 109=3.05 (万元)
故项目的间接经济效益=挽回经济费用+台车更换人工费=211.95+3.05=215 (万元)
3)社会效益
本发明中各项エ艺措施是在采用传统球墨铸铁焊接エ艺无法修复断裂失效台车的背景下探索制定的ー套预应カ焊接修复新エ艺,エ艺的制定经历了理论分析、探索试验和整理推广的过程。应用本发明技术修复的台车投入运行后未出现再次断裂。实践证明该技术在球墨铸铁台车的断裂修复方面是完全有效可行的。本发明エ艺原理可供我国铸件修造作业提供參考借鉴,实现失效设备的循环利用,在降低设备运行成本,促进循环经济发展方面将产生巨大社会效益。本发明推广应用前景
该技术适合于以下情况中推广应用:
ー是存在铸造应力的铸件的断裂失效修复,如发动机缸体、机床基体、卷板机基座、冶金设备铸钢基体等。ニ是各种承受热循环应カ的铸铁(铸钢)设备的断裂修复。三是各种大型铸件断裂修复。
权利要求
1.一种烧结机台车断裂焊接修复方法,该烧结机台车是由主梁、端梁和侧梁组成的框架结构,主梁和端梁为刚性框架,导致端梁受主梁限制产生强大拉应力,致使侧梁所受拉应力超出抗拉强度而产生断裂,其特征在于エ艺步骤是:第一歩:加工断ロ两侧坡ロ,在保证焊接操作前提下尽量采用小角度坡ロ角度,有利于减小焊缝角变形应力,坡ロ间隙尽量平直均匀,焊道弯曲部位尽量平缓过渡; 第二步:在台车端梁断ロ的相邻主梁上同截面部位加热,使其受热膨胀从而张开断ロ,加热温度持续稳定,主梁上加热纵向范围在与断ロ同截面附近,减小横向筋板对断ロ展开效果的影响; 第三步:在断口上下翼缘端塞入楔子使断ロニ次张开,断ロ两端塞开距离尽量一致; 第四步:断ロ焊接:制定合理焊接顺序,焊道纵向焊接顺序为先焊腹板,然后松开楔子焊接翼缘端,焊道截面焊接顺序是先从坡ロ底往上焊坡ロ面,然后填焊焊缝中间空隙,最后进中间焊缝合拢焊接; 第五步:断口腹板焊完后,松开楔子填充焊接翼缘端,此时腹板焊缝已承受压应力,翼缘端的焊接同腹板焊接エ艺,在翼缘端过渡层焊接时,当加热温度不够时,采用火焰辅助加执.第六歩:焊道焊完后对焊缝金属保温缓冷,保证熔合线区域球墨铸铁力学性能,最后停止主梁加热空冷,主梁冷却收缩,弥补侧粱焊接接头收缩量,同时由于主梁加热范围较大,收缩量大于焊接接头收缩量从使接头施加二次压应カ。
2.按权利要求1所述烧结机台车断裂焊接修复方法,其特征是:在所述第二步中,由于球墨铸铁含碳量高,热膨胀性较大,加热温度不得高于消应力退火温度,温度过高容易出现加热区域软化,膨胀率受另ー侧主梁和端梁限制,断ロ张开效果不理想,对烧结机台车的加热温度为500 600°C。
3.按权利要求1所述烧结机台车断裂焊接修复方法,其特征是:在所述第四步的焊接过程中,采用间歇焊エ艺,每焊接一定长度停下立即对焊缝金属进行锤击使其产生横向延展,尤其在合拢焊道焊接时需全面充分的锤击焊缝金属让其在冷却过程中充分延展;焊接參数在保证熔合性基础上尽量采用小线能量參数,减小焊缝热输入对接头熔合区的影响。
4.按权利要求1或3所述烧结机台车断裂焊接修复方法,其特征是:所述第四步焊接采用只在焊缝和母材之间焊接镍基焊材过渡层,焊道中间用低合金钢焊材替代填充的方法降低焊材成本,焊接时先在坡ロ面用手工电弧焊焊接过渡层,然后用CO2气体保护焊填充焊接中间层,中间层按照顺序进行填充焊接,过渡层焊接前对坡ロ面进行预热处理,改善镍基焊条与球墨铸铁的焊接性,中间填充焊接时不用加热,只需保持合适的层间温度。
全文摘要
本发明涉及一种烧结机台车断裂焊接修复方法,先加工断口两侧坡口,再在台车端梁断口的相邻主梁上同截面部位加热,在断口上下翼缘端塞入楔子使断口二次张开,再进行断口焊接,待断口腹板焊完后,松开楔子填充焊接翼缘端,最后焊道焊完后对焊缝金属保温缓冷。通过有效热处理使外部应力对焊缝接头的影响由拉应力转为压应力,通过制定合理焊接顺序,保证球墨铸铁台车焊接修复后机械性能,达到完全修复烧结机台车侧梁断口的效果,具有可行有效、修复成本低、修复率高、修复后显著改善台车框架整体力学性能延长台车使用寿命的特点。
文档编号B23K9/00GK103084702SQ20131004514
公开日2013年5月8日 申请日期2013年2月5日 优先权日2013年2月5日
发明者郑祖光, 李俊龙, 刘锦华, 胡柏上, 曾朝晖, 张鑫, 唐承广, 黄奇志, 詹行国, 卢乔, 何东顺, 卢志群 申请人:广东韶钢松山股份有限公司, 广东韶钢建设有限公司
再多了解一些
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