当前位置:首页 >> 电力/水利 >>

抽油机减速器壳体铸铁冷焊工艺研究


科技专论

抽油机减速器壳体铸铁冷焊工艺研究
姜岩1 王群雁2 张卫敏2 1.中石化管道储运公司计划处 江苏徐州 2.华东管道设计研究院
【摘要】 文中对抽油机减速器壳体铸铁冷焊工艺的可行性进行了探 讨, 列举了铸铁冷焊的工艺要点, 就铸件内部导热、 辐射换热和对流热进行 了传热理论分析。 对不同大小铸件的水冷和空冷焊接进行了比较, 结果表

明: 对于小铸件, 水冷效果明显, 但产生的白口及淬硬组织多, 对于较大铸 件, 水冷效果不明显, 铸件越大, 水冷效果越不明显。 【关键词】 铸铁冷焊; 焊接工艺; 传热 Research on cast iron cold welding process of pumping unit decelerator shell Jiang Yan1, Wang Qunyan2, Zhang Weimin2 (1 Planning Department of Sinopec Pipeline Storage and Transportation Company, 2 East China Pipeline Design and Research Institute of Sinopec Pipeline Storage and Transportation Company, Xuzhou 221008, Jiangsu, China) Abstract: Feasibility of cast iron cold welding process of pumping unit decelerator shell is discussed in the paper. The key point of cast iron cold welding process is listed, and the heat transfer theory is applied to analyze inside heat conduction of cast iron, radiant heat transfer, and convection heat transfer. Water cooling welding of different casting is compared to air cooling welding. The result shows that water cooling has remarkable effect for the small cast, but much white cast iron and quench hardening structure are produced. And for the large cast, water cooling has unobvious effect. And the bigger the cast is, the less remarkable effect water cooling has. Keywords: cast iron cold welding, welding process, heat transfer 抽油机减速器壳体单重达1.6吨, 结构较复杂, 单体价值量较高, 在实际工作中, 一旦出现铸造缺陷, 即行破坏回炉处理, 对生产成本控 制是极为不利的, 因此, 我们对抽油机减速器壳体局部缺陷的焊补技 术进行了探讨, 以解决该难题。 考虑到抽油机减速器壳体体积太大的实 际, 整体预热后进行焊补是不具备实际操作条件的, 因此, 只能采用冷 焊方式。 铸铁冷焊工艺中最突出的缺陷, 是易产生白口及淬硬组织, 易产 生裂纹和气孔。 1、 理论分析 铸铁冷焊的成功与否, 关键在于对白口层及裂纹的控制, 因此焊接 材料的选择, 焊接工艺的制定主要是围绕这两个问题进行的。 白口组织的多少与化学成分和冷却速度有直接关系。 石墨化元素 不足, 冷却速度过快, 都是促进白口产生的因素。 实践证明, 冷却速度的 影响比化学元素的影响更大。

江苏徐州

裂纹 (冷裂纹) 的产生与焊接应力的大小及淬硬组织的多少、 分布 状况有关。 应力是根本原因, 淬硬组织是必要条件, 经测试焊缝金属中 心区的温度与应力关系如图1, 从中可看出在850℃ 以下开始产生平均应 力。 在600~700℃之间因发生相变出现某些应力缓和, 此后随着温度的 降低拉应力直线增加 [1]。 当化学元素一定时, 冷却速度快有利于白口组 织的产生。 焊缝中热的传播主要靠表面放热和壳体内导热, 表面放热包 括对流换热和辐射换热。 对于此类较大铸件, 使用特定焊接工艺方法, 可以通过几种热交换的数值分析[2]来比较水冷焊效果。 1.1壳体内部导热 将铸件放在水里焊补 (焊缝露出水面8~12mm) 时, 导热首先是沿 着有焊缝的上平面向四周扩散, 然后传到侧面, 经8~12mm后, 才与水 接触。 根据大壳体瞬时冷却速度计算公式:

则有: λ: 壳体导热系数, T: 某一瞬时温度, T 0: 室温, q/v: 焊接线能量 (J/cm) ) 根据条件T 空=T 水(同样高温下, 比较空气和水冷条件下时的冷却 速度) 有: T0空=T0水(同一室温) ; (q/v)水=(q/v)空(同样线能量) λ水: 在水冷焊时铸铁的导热系数, λ空: 在空气中焊壳体时铸铁的 导热系数。 同种材质当温度不同时其导热系数不一样, 但按水冷焊补方法, 传 到侧壁8~12mm后的温差很小 (用表面温度计测得) , 故λ水≈ λ空。 说明 从壳体内部导热这方面, 在水中和空气中的冷却速度变化不大, 没有明 显作用。 1.2辐射换热 辐射换热比热流量: qr(卡/厘米? 秒) 式中εC 0 为比例系数, 其中C 0 为常量, 且C 0 =1.373x10 -4 卡/厘米 2 4 ? 秒?K , ε为黑度系数, T0为室温, 在水冷、 空冷焊时εC0、 T0都是一致 的。 T为焊件被加热的温度。 由于采用上述焊接方法, 对于较大铸件, 在 接近水面部位温度基本一致 (表面温度计所测) , 接近室温, 此时水的 对流交换作用很小, 故T 水≈T 空, 即在水冷和空冷焊中其比热流量近似 相等。 说明在辐射热方面水冷起不到使大铸件快速冷却的效果。 1.3对流换热 对流换热比热流量qk(卡/厘米2? 秒) 式中: T为固体表面温度, T 0为初始温度, αk为对流放热系数 (卡/ 厘米2? 秒) 。 铸 件在 空冷焊 时, 全 部与空气对流 换 热; 在 水冷 时, 低于 焊 缝 8~12mm的部位是与水进行对流换热 (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, 所以两种焊法空冷部分的qk值可以 看成是一样的。 对于较大的铸件, 在8~12mm以下部分, 温度不会有明 显升高 (由表面温度计测得) , 即T≈T 0≈室温, 此时即使αk水≥αk空, 但 仍αk水≈αk空≈0, 即在这种焊接方法情况下, 在焊缝以下8~12mm的部 位因温度上升很少, 无论是空冷、 水冷对流换热都不明显。 通过以上的 理论分析, 不难看出, 对于大型铸件, 水冷实际上没有效应, 企图通过 这种方法提高冷却速度 “控制母材的熔化量” 是很难做到的。 对于一些 小型铸件, 水冷还是有效的, 确实提高了冷却速度, 但这是有害的, 是应 防止的。 它不但增加了白口层厚度, 增加了淬硬组织, 而且还极易产生裂 纹和气孔。 2、 金相组织 查有关资料[1]中金相组织 (如表1) (>>下转第281页)

图1 焊接应力测试结果

279

科技专论
由于空分装置中铝制压力容器因结构及运行条件不允许残留试验 液体, 一般采取气压试验。 按照JB/T4734和 《固容规》 的要求, 应对A、 B类对接接头进行100%射线检测, 检测技术等级不低于AB级, 射线检 测的合格级别按JB/T4730.2规定中的II级为合格。 由于铝制容器的焊 缝返修较易产生更多缺陷, 对于圆形缺陷的点数控制较钢的宽松。 对设计图样有要求进行表面检测的焊缝, 应按JB/T4730.5进行渗 透检测, 合格级别不低于I级。 特别注意的是, 检测完后, 应对渗透剂、 显像剂等进行彻底的清洗去除。 6.热处理 铝制压力容器一般不要求进行热处理。 7.耐压试验及气密性试验 耐压试验为监检的A类项目, 监检员必须到现场进行监检。 空分装 置中铝制容器一般进行气压试验, 试验压力为设计压力的1.10倍。 气压 试验的安全防护设施、 试验介质、 试验温度、 试验时压力升降及检查应 符合《固容规》4.7.7.1的要求。 气压试验过程中压力容器无异常声响、 无漏气、 无可见变形即为合格。 如设计图样要求进行气密性试验时, 须 在气压试验合格后进行, 试验压力为设计压力, 试验温度为室温。 8.安全附件 空分装置中的铝制压力容器一般本体无安全泄放装置, 其安全保 障由管道工艺系统保证。 9.出厂技术资料的审查 竣工图样上应当有设计单位许可印章, 并且加盖制造单位的竣工 图章。 产品质量证明文件应符合《固容规》4.1.4.1的要求。 检查铭牌内 容, 应符合《固容规》4.1.5的要求。 监检合格的产品, 在铭牌上的右上 角处打监检钢印。 经监检合格的产品监检单位出具 《特种设备制造监督 检验证书》 。 三、 结论 由于空分装置中的铝制压力容器符合 《固容规》 中的1.4.1的规定, 只需满足 《固容规》 总则、 设计和制造要求, 不进行压力容器的定期检 验, 并且由于冷箱中填满保温材料珠光砂, 如维修将需要扒砂工期长、 工作量大, 十分困难。 因此, 在制造中认真进行监督检验, 严格把关, 控 制质量, 保证压力容器的产品安全性能, 对这类压力容器的安全使用具 有重大的意义。 针对空分装置中的铝制压力容器的监督检验, 我们提出 了一些具体特殊要求, 是十分必要的。 (>>上接第279页)
表1 金相组织

参考文献 [1]周万盛,姚君山.《铝及铝合金的焊接》.机械工业出版社,2006 [2]TSG R0004-2009《固定式压力容器安全技术监察规程》 [3]《锅炉压力容器产品安全性能监督检验规则》及《锅炉压力容 器产品安全性能监督检验大纲》 [4]JB/T4734-2002《铝制焊接容器》 [5]JB/T2549-94《铝制空气分离设备制造技术规范》

注: P—珠光体; F—铁素体; S—索氏体; M—马氏体; A—奥氏 体; Lα—莱氏体; C片—片状石墨; S白—白口组织平均厚度 对表1中数据进行分析, 知: ①同一铸件在水冷条件下焊接产生的白 口组织及马氏体多; ②铸件越大, 水冷对组织的影响越小。 3、 铸铁冷焊工艺中的缺陷及防止措施 3.1裂纹 裂纹是铸铁焊接中最有代表性的缺陷, 也是决定成败的关键。 裂纹 可分为热裂纹和冷裂纹。 热裂纹是产生在焊缝上的一种细碎裂纹, 冷裂 纹可能产生在焊缝及焊缝以外的区域, 半熔化区最易出现且形成剥离 裂纹。 防止热裂主要措施有:尽量选用细焊条、 碱性焊条、 适当提高焊缝 冷却速度。 防止冷裂的主要措施有: 采用 “加热减应法” 、 选择合理的焊 接顺序、 采用塑性好、 屈服强度低的焊条、 对于厚、 大件, 坡口要开的窄 而深, 以减少产生过大的收缩力。 3.2白口及淬硬组织 白口的产生主要是由于石墨元素不足和冷却速度过快而造成。 冷却 速度快, 容易产生白口、 淬硬组织, 它的产生不但给加工带来困难, 而且 还易导致裂纹的产生。 主要防止措施有: 在打底焊时, 采用小线能量法、 多层焊法、 对于能 自由收缩的焊缝或大铸件表面的局部焊补, 采用较大电流, 连续焊, 尽 量降低冷却速度、 对于有加工性能要求的部位, 可采用镍基焊条打底。 白口组织一旦产生, 要想消除比较困难, 在条件允许的情况下, 可用退火 进行处理, 小件可用氧-乙炔焰反复加热, 然后缓冷保温, 大些的铸件 可通过加热炉退火。 实在不好解决的要磨掉, 换用铸308焊条, 小电流 施焊。 针对以上分析, 我们采用焊前局部预热至约30 0℃, 采用E4303 (φ2.5~φ3.2) 焊条, 小电流 (60~110A) 、 短焊、 分散焊、 多层焊焊法, 每层焊道焊后及时锤击等工艺措施, 焊后空冷, 成功修复了部分减速器 壳体, 有效降低了损失。 4、 结论 通过以上理论分析及对金相组织的研究, 可以得出如下结论: (1) 对于减速器壳体等此类较大铸件, 采用水冷效果很不明显, 几 乎没有作用。 (2) 对于小铸件, 水冷效果明显, 但它较空冷焊接产生的白口及淬 硬组织多, 更易产生裂纹和气孔。 (3) 为防止变形, 防止其他部位过热, 在不得已的情况下, 可以采 用水冷焊接, 但要注意, 此时产生白口、 裂纹、 气孔的倾向会增加。 (4) 对于减速器壳体等此类较大铸件, 应从采用合理焊接工艺思 路出发, 如 “短弧、 断续、 薄层焊, 焊焊停停、 敲敲残渣” 等方式。

参考文献 [1]周振丰等.金属熔焊原理及应用.北京:机械工业出版社,1981 [2]焊接热过程计算.译本[俄].机械工业出版社 [3]东北农学院编.机器维修工程学.北京:农业出版社,1988 作者简介 姜岩(1981),女,硕士研究生,工程师,主要从事长输管道规 划。

281


相关文章:
抽油机减速器壳体的焊补
铸铁冷焊 我公司生产的 CYJY14-4.8-73HF 型抽油机上使用的减速器壳体受意外...2.2 焊接工艺方法 1)焊接层数。由于焊补件坡口较大,所以采用多层多道焊,为...
铸铁冷焊工艺要点
铸铁冷焊焊接工艺要点 1、焊接材料的选择 为确保工期选用了电弧冷焊法对减速箱体进行修复。由于铸 铁的可焊性差, 选用了Φ 3.2 或Φ 2.5 的纯镍铸铁焊条 ...
灰铸铁缸体电弧冷焊修复工艺研究
铸铁缸体电弧冷焊修复工艺研究 摘要: 缸体是汽车铸件中质量最大的一个铸件,缸体制造和使用过程中出现 裂纹、磨损、渗漏等缺陷,采用电弧冷焊工艺进行修复,分析了...
抽油机减速器设计
CNC 机床和工艺技的发展,推动了机械传动结构的飞速...本设计重点研究的关键问题是减速器的级数的选择, ...箱体内传动件的设计根据国际标准和我国抽油机标准...
抽油机减速器
抽油机减速器_机械/仪表_工程科技_专业资料。抽油机减速器抽油机减速机 抽油机减速机减速机是一种相对精密的机械,使用它的目的是降低转速,增加转矩。它的 种类...
冷焊机——铸铁壳体焊补实例
修复做的相对比较少,以前关于断裂修复 的情况下受力也不是特别的大,这次冷焊机焊接的减速机机爪相对来说承受的力度还是比较大;下面介绍: 广东某公司铸铁壳体焊补...
抽油机减速器的常见故障分析和处理
抽油机减速器的主要组成部件包括人字齿轮、左右旋齿 轮、主动轴、中间轴、输出轴、箱体。箱盖、轴承盖等,常见的减速箱故障有漏油,振动,窜轴。在实际使用过程中...
浅谈抽油机减速器几种常见的故障及分析
防止抽油机减速器漏油的措施如下: 1)对机座、箱盖等铸铁件应进行时效处理,减少使用时铸件变形问题,也 可采取机械振动时效处理方法。自然时效,需将壳体毛坯放置三...
抽油机大修理作业指导书及验收标准
4.6 减速箱 参见《抽油机减速器修理作业指导书》 4.7 支架 支架校正后,应符合下表数据规定。 冲程长度 0.6-1.5 (m) 偏差(m) 4.8 底座 底座修理校正后,其...
更多相关标签:
铸铁冷焊机 | 铸铁修补冷焊机 | 冷焊修补可用于铸铁 | 抽油机减速器 | 抽油机专用减速器 | 抽油机减速器技术规范 | 主减速器壳体 | 减速器壳体 |