一种厚度大于200mm高压中碳铸钢油缸缸体裂纹修复方法与流程

本发明属于高压中碳铸钢裂纹焊接修复工艺领域，主要涉及一种用于厚度大于200mm高压中碳铸钢油缸缸体裂纹的修复方法。

背景技术：

2000吨快锻机液压系统工作压力31.5mpa，快锻机主油缸体直径为1370mm，长度为2250mm，重量达19吨，是快锻机主压力油缸，油缸是压机核心部件，快锻机主油缸先后不同部位出现长约600mm～1000mm的裂纹，被迫停机，如果停产损失很大，如果采用修复的方法可以减少损失。

快锻机zg35材质含碳量高，主油缸体最小壁厚190mm，主要裂纹都在中间法兰凸台附近，最大厚度达290mm，难以双面焊接，焊接性能不好，热影响区容易产生低塑性的淬硬组织，板厚越大，淬硬倾向也越大，当时正值东北冬季，环境温度低，当工件刚性较大，应力加大，则在工件冷却到300℃以下时，容易在淬硬区产生冷裂纹。由于母材含碳量较高，焊接过程中熔化到熔池中，使焊缝金属含碳量增高，再由于铸钢硫、磷等含量较多，进入焊缝中，硫是引起焊缝热裂纹主要原因。硫在冶金条件下，与铁形成fe-fes共晶体，其熔点仅有985℃，这些低熔点共晶物被排挤交汇在柱状晶边界，由于焊缝冷却过程收缩，这些共晶物就是薄弱部位，在拉应力作用下开裂，引起热裂纹，含碳量增加又加剧了硫的有害作用，特别是在收弧更为敏感，正值冬天，焊接应力很大，一旦有应力处理不好，很容易产生冷热裂纹，修复困难极大。

其修复工艺属大厚度高压铸钢备件修复制造领域的关键技术，目前尚无任何分段消应力方法修复裂纹公开资料的介绍。

技术实现要素：

本发明公开一种厚度大于200mm高压中碳铸钢油缸缸体裂纹修复方法，目的在于采用合理的分步消应力焊接修复方案实现修复裂纹。

本发明修复工艺：

㈠焊前准备：

⑴在缸体外壁用碳弧气刨开u型坡口，用角磨清理折叠物和碳弧气刨的增碳层，千万不要用火焰清理，避免出现淬硬裂纹。

⑵采用碱性低氢型焊条e4316，j426(直径φ4、φ5)直流反接，焊条烘干350℃～400℃，2h，放在保温桶，随用随取；二氧化碳气保护焊接er506焊丝。

⑶防止油缸螺栓孔在炉中氧化，用石棉毡塞好，进入加热炉加热到400℃，保温4h，出炉后，用石棉毡将不需焊接的部位包裹好，尽快组织焊接；焊前预热温度不低于300℃，层间温度不低于300℃。

⑷为了防止温降过快，在油缸内放置自制的火焰加热器，在焊接过程中一直烘烤修补处。

㈡焊接工艺要点：

⑴第一次(每次焊接厚度目标是70mm～90mm)焊接用e4316，j426φ4、φ5，在地面侧位焊接，在坡口底面点焊好衬板，两侧堆焊，最后封口焊，电流(i)为140a～160a短弧施焊、快速焊，减少熔合比；层间温度不低于300℃，严格清渣，用气锤清除焊接应力。

⑵为了提高修复效率和平焊位置方便清渣，第二、三次(每次焊接厚度目标是70mm～90mm)采用二氧化碳气保护平位焊接，er506焊丝；在工件热处理期间，提前准备制作了平焊工作平台，出炉后做好防护隔热工作，在平台上平位焊接。

⑶每次焊接到70mm～90mm厚，进行一次热处理，650℃保温4h，于400℃出炉。

⑷最后外壁焊接完成后，整体热处理焊后立即入炉，消除焊接应力处理，650℃保温4h，随炉冷，于150℃出炉，用石棉毡覆盖缓冷。

⑸清根焊接工艺：将缸体温度降到150℃，内部铺好保温毡，这次焊接厚度大约30mm，由于缸体积累的应力不大，采用e4316，j426焊接油缸里面焊缝，层间严格清渣，焊好后检查焊缝表面，不能出现夹渣、气孔、未熔合等缺陷；采用局部火焰消应力热处理，将焊缝两侧150mm左右范围加热到暗红状态，保持30min后石棉毡覆盖缓冷。

㈢焊后处理

⑴等冷却到100℃以下，进行修磨着色探伤，要求无裂纹、咬边、气孔及夹杂物等缺陷；探伤后，如发现一些夹渣、咬边和气孔缺陷，用角磨进行清理干净，加热100℃，焊接修补，直到探伤无缺陷为止。

⑵修磨加工，达到规定尺寸要求。

本发明修复工艺创新点说明：

采用手工电弧焊和二氧化碳气保焊相结合、逐层堆焊、分步消应力的焊接修复工艺，修复了2000吨快锻机主油缸缸体的长1000mm，厚度190mm～290mm的裂纹，修复部位探伤无裂纹、气孔及夹渣等缺陷，基本消除了应力。

在修复过程中需要特别注意的是：在处理裂纹时要尽量采取冷加工方法去除裂纹，焊前着色探伤，确认彻底清除干净裂纹，缸体直接受力面内壁采用清根焊接工艺，是最为关键的步骤。

本发明结果表明：对于厚度达到200mm左右中碳铸钢件，采用逐层堆焊、分步消应力的焊接修复方案可以得到良好的修复效果，通过修旧利废，降低生产成本。

附图说明

图1是2000吨快锻机主油缸修复的缸体过程退火消应力曲线；

图2是2000吨快锻机主油缸修复的缸体整体退火消应力曲线；

图3是主油缸缸体第一次裂纹示意图；

图4是主油缸缸体第二次裂纹示意图。

图标：1-第一次裂纹长度820mm，2-第二次裂纹长度1060mm。

具体实施方式

结合附图和实施例详细描述本发明。

实施例1

快锻机主油缸先后不同部位出现长约600mm～1000mm的裂纹修复实例，证明对于厚度达到200mm左右中碳铸钢件，如果只有最后一次消应力，就会在堆焊过程中出现裂纹，如采用分步消应力，可以降低工件应力水平，避免由于焊接应力过大造成开裂。

1.在处理裂纹时要尽量采取冷加工方法去除裂纹，如果不具备冷加工条件，在火焰切割热加工前在裂纹尖端前5mm～8mm处钻上止裂孔，绝对不能盲目用热切割方法，否则裂纹极速扩展，造成裂纹无法控制而报废。

2.焊前着色探伤，确认清除干净裂纹，是完成修复最为关键的第一步，由于油缸内壁是受力最为直接的面，里面必须光滑，没有应力集中，清根工艺是收尾最为关键步骤。

3.对于高压油缸一些微小的缺陷都会造成应力集中，引发裂纹，如铸造缩孔，加工台阶没有园角、检修时火焰割痕、划伤等等，这些在设计、制造或检修时一定注意，避免尖角缺陷，造成应力集中。

技术特征：

1.一种厚度大于200mm高压中碳铸钢油缸缸体裂纹修复方法，其特征在于，所述修复方法采用逐层堆焊、分步消应力的焊接修复方案。

2.根据权利要求1所述一种厚度大于200mm高压中碳铸钢油缸缸体裂纹修复方法，其特征在于，所述逐层堆焊、分步消应力的具体步骤：

㈠焊前准备：

⑴在缸体外壁用碳弧气刨开u型坡口，用角磨清理折叠物和碳弧气刨的增碳层，千万不要用火焰清理，避免出现淬硬裂纹；

⑵采用碱性低氢型焊条e4316，j426，直径φ4、φ5直流反接，焊条烘干350℃～400℃，2h，放在保温桶，随用随取；二氧化碳气保护焊接er506焊丝；

⑶防止油缸螺栓孔在炉中氧化，用石棉毡塞好，进入加热炉加热到400℃，保温4h，出炉后，用石棉毡将不需焊接的部位包裹好，尽快组织焊接；焊前预热温度不低于300℃，层间温度不低于300℃；

⑷为了防止温降过快，在油缸内放置自制的火焰加热器，在焊接过程中一直烘烤修补处；

㈡焊接工艺要点：

⑴每次焊接厚度目标是70mm～90mm；

⑵第一次焊接用e4316，j426φ4、φ5，在地面侧位焊接，在坡口底面点焊好衬板，两侧堆焊，最后封口焊，电流(i)为140a～160a短弧施焊、快速焊，减少熔合比；层间温度不低于300℃，严格清渣，用气锤清除焊接应力；

⑶为了提高修复效率和平焊位置方便清渣，第二、三次焊接采用二氧化碳气保护平位焊接，er506焊丝；在工件热处理期间，提前准备制作了平焊工作平台，出炉后做好防护隔热工作，在平台上平位焊接；

⑷每次焊接到目标厚度，进行一次热处理，650℃保温4h，于400℃出炉；

⑸最后外壁焊接完成后，整体热处理焊后立即入炉，消除焊接应力处理，650℃保温4h，随炉冷，于150℃出炉，用石棉毡覆盖缓冷；

⑹清根焊接工艺：将缸体温度降到150℃，内部铺好保温毡，这次焊接厚度大约30mm，由于缸体积累的应力不大，采用e4316，j426焊接油缸里面焊缝，层间严格清渣，焊好后检查焊缝表面，不能出现夹渣、气孔、未熔合等缺陷；采用局部火焰消应力热处理，将焊缝两侧150mm左右范围加热到暗红状态，保持30min后石棉毡覆盖缓冷；

㈢焊后处理

⑴等冷却到100℃以下，进行修磨着色探伤，要求无裂纹、咬边、气孔及夹杂物等缺陷；探伤后，如发现一些夹渣、咬边和气孔缺陷，用角磨进行清理干净，加热100℃，焊接修补，直到探伤无缺陷为止；

⑵修磨加工，达到规定尺寸要求。

技术总结
本发明公开一种厚度大于200mm高压中碳铸钢油缸缸体裂纹修复方法，目的在于采用逐层堆焊和合理的分步消应力焊接修复方案实现修复裂纹。快锻机主油缸先后不同部位出现长约600mm～1000mm的裂纹，现场证明对于厚度达到200mm左右中碳铸钢件，如果只有最后一次消应力，就会在堆焊过程中出现裂纹，如采用分步消应力，可以降低工件应力水平，避免由于焊接应力过大造成开裂。本发明结果表明：对于厚度达到200mm左右中碳铸钢件，采用逐层堆焊、分步消应力的焊接修复方案可以得到良好的修复效果，通过修旧利废，降低生产成本。

技术研发人员：王秀君;鄂成松;崔鴻;张枫;张文双;霍月红;徐健;初长勇;刘轩;高健;魏强;谷强
受保护的技术使用者：抚顺特殊钢股份有限公司
技术研发日：2019.12.02
技术公布日：2020.06.02