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WZY12-6全液压抓钢机斗杆裂纹的焊接修复方法

1 前言

为适应生产需求，柳钢金属材料供应公司最新引进WZY12-6全液压抓钢机。WZY12-6抓钢机工作装置采用“直动臂、弯斗杆”结构，可配装五瓣梅花抓斗、贝壳抓斗等多用途抓斗。斗杆在作业过程中与抓斗一起完成抓卸、载重、回转及卸载等作业，其由空心圆截面半杆体和斗杆头焊接构成。斗杆体材质为18MnM0Nb锻件，斗杆头材质为ZG28CrMrMo铸件。

在某次作业后，检查发现柳钢金属材料供应公司WZY12-6抓钢机斗杆处有明显裂纹，开裂部位位于斗杆头和斗杆体间的焊缝半圈并向斗体方向扩展（见图1）。为保证生产正常进行，组织修复该工件。

2 焊接分析

2.1 焊接质量要求

（1）焊后局部挠度不大于1／1000，总弯曲不大于7mm；

（2）焊缝力学性能：δb≥588MPa，占δ5≥18%，аk≥98J/cm2：

（3）探伤检查，气孔或点状夹渣直径不大于2mm，在100mm长度上焊缝内气孔或点状夹渣总长不大于6mm，未焊透深度不超过母材厚度的5%。

2.2 焊接性分析

异种钢焊接的主要问题是熔合线附近的金属韧性下降。由于焊件经受加热和冷却的作用，在熔合线附近产生脆性的马氏体组织和渗碳层，受到热应力作用，就容易产生裂纹。18MnMoNb是一种强度较高、综合性能良好的结构钢。由于其含有Mo和Nb元素，使材料的淬硬性增高，并且Nb与S易形成低熔点物质，热裂倾向增大，且有延迟裂纹倾向。ZG28CrMnIM0中碳的含量较高(w（C）=0.24%～0.32%)，合金元素较多，有较大的淬硬性，因而在焊接热影响区的过热区内易产生高碳马氏体。冷却速度越大，生成的马氏体越多，脆化和产生裂纹的倾向越明显。可见上述2种钢的焊接难度较大，必须采取可靠的工艺措施才能确保斗杆焊接质量。

3 焊接工艺

3.1焊前准备

认真分析焊件的工作环境和断裂原因，了解母材的种类、成分及可焊性，选择匹配的焊条品牌、种类、规格。开坡口。

（1）对焊件进行焊前清理。为了保证焊缝根部焊透和接头质量，采用碳弧气刨将原焊缝和裂纹全部清除。有裂纹的焊修部位要把裂纹彻底清除干净，以免留下微小裂纹引发裂纹扩展导致焊件破坏。

（2）选择坡口一般遵循的原则：保证工件焊透，便于焊接操作。焊修和开坡口部位及焊接区周围50mm内要用手动砂轮机等工具打磨至露出金属光泽，保证焊修部位表面无裂纹、砂眼、气孔、夹渣及油、锈等其他污物，可以减少裂纹、气孔、夹渣等焊接缺陷的产生。焊前和焊接中保持干燥清洁。图2为坡口示意图。

（3）尽可能提高焊接生产率和节省焊条；尽可能减小焊后变形。

3.2 装配、定位焊

在工作平台上进行装配，装配时要注意保证尺寸精度，不允许强制装配。根部留3～5mm间隙，如个别地方间隙过大，可在背部增加托板，托板位置以不影响焊缝正常形式为准。焊接时先焊环缝，后焊斗杆上的裂纹。

杆头和杆体的定位焊应长一些、厚一些。为防止开裂，实际焊接中是按圆周方向8等分进行定位焊接，每处长为100mm。如发现定位焊点有裂纹时，要立即清除，并移位重新进行定位焊。定位焊时的预热与正式焊接时相同。焊条直径为3.2mm、4.0mm。

3.3 预热和层间温度

由于ZG28CrMnMo钢的碳当量(w（Ceq）=0.82%)大于18MnMoNb钢的碳当量(w（Ceq）=0.64%)，因此，要按ZC28CrMnMo钢来选择预热温度。因ZG28CrMnMo的过热敏感性温度点（Ms点）为337℃(计算值)，在350℃下保温就可以形成晶粒细小、位错密度高的下贝氏体，能提高焊缝金属的抗裂性。因此，采用350℃预热，层间保持相同温度，连续焊接，焊后立即在550℃进行焊后热处理的方案进行修复。为防止受热不均，按斗杆体的厚度进行预热加热，预热时间按每厚1mm加热5min的标准计算，预热250min后开始焊接。焊后热处理时按斗杆头的厚度进行加热，温度达到550℃保温1500min后，在不拆除保温材料的情况下自然冷却到室温。预热范围为焊缝左右各1m，外加100mm厚岩棉保温进行预热和焊后热处理。层间温度低于300℃时，加热至规定温度进行焊接。

3.4 焊接材料与设备

选用碱性低氢型E5015焊条。焊条直径为4.0mm，焊前在350℃～400℃烘干2h，保温2h后置于保温筒中，随用随取。选用直流反接式ZX5-400焊机。

3.5 焊接

焊接前，先进行焊接试验，其效果很好。实际应用的焊接方法：环缝焊接采用小电流、短弧方法进行焊接。接着由2名焊工同时在左右两侧以相同规范对称、等速焊接（见图3），以保证焊接质量和防止焊接变形。每一层的第一条焊道先焊在ZG28CrMnMo钢一侧，每次焊接的焊道长度约为环缝长度的1／3左右。焊完3层焊道后，将工件回转90°再继续焊接。上下层焊道接口要错开50mm以上，如此反复焊完全部环缝。裂缝的焊接方法与环缝相同。每焊1道均要彻底清除焊渣并检查无缺陷后再进行下一道焊接。热处理后对焊缝边缘进行修磨，使之平滑过渡，以避免应力集中。

4 结语

根据所做的焊接工艺施焊后，采用目视检查焊缝外观形状、表面缺陷；修磨后对焊缝内部的检测采用超声波探伤、磁粉探伤等方法进行探测；放置24h后，用上述方法再检查一次。检验结果：焊缝金属边缘硬度值（HB）为200～210，母材硬度值（HB）为220～230，斗杆局部挠度未超过1／1000，总弯曲度为5mm。

因此，本次实施的抓钢机斗杆裂缝（斗杆体材质为18MnMoNh锻件，斗杆头材质为ZG28CrM-rlMo铸件）修复工作是成功的，采用的焊接方法有效；对于焊接修复此类异种钢工件，只要严格控制焊接工艺，进行标准化的操作，能处理好熔合线附近的金属韧性下降的问题，达到良好的焊接效果，满足生产需要。