钢球磨煤机端盖裂纹的焊接修复
[摘要] DTM320/580-I型钢球磨煤机入口端盖出现长3200 mm裂纹的主要原因进行了分析，根据拟定的焊接工艺措施，进行了修复和热处理，结果表明焊接工艺是可行的；同时提出了改进措施，可用于优化球磨煤机的设计与检修。
[关键词] 钢球磨煤机端盖 裂纹 焊接修复
我厂的DTM320/580-I钢球磨煤机在运行时发现钢球磨煤机有异常，停运时发现钢球磨煤机的端盖有裂纹，裂纹的长度3200mm见下图。为了保证机组的安全运行，采用补焊方法修复端盖。
裂纹 内壁 外壁 一、 端盖材料和破裂原因分析 1、端盖材料
查原始资料钢球麽煤机端盖材质是ZG35（新标准ZG270-500）铸钢，其化学成分见表1。
表1端盖化学成分（%） C
钢球磨煤机端盖是形状复杂的大型部件，难以用压力加工的方法成型，常用铸钢制造。特别是近几年来铸造技术的进步、精密铸造的发展, 铸钢件在组织、性能、精度和表面光洁程度等方面都已接近锻钢件，可
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Mn Si Ni Mo Cr V Cu S P 0.40 0.90 0.50 0.30 0.20 0.35 0.05 0.30 0.04 0.04
在不经切削加工或只须少量切削加工后使用，能大量节约钢材和成本，因此铸钢得到了更加广泛的应用。
铸钢的特点是晶粒粗大、偏析严重、铸造内应力大易形成魏氏组织，使塑性和韧性下降，为了消除和减轻这些铸钢组织中的缺陷，应进行完全退火或正火，以消除魏氏组织，细化晶粒，消除铸造内应力，改善铸钢的机械性能。
铸钢中的平均含碳量为0.5－0.6%,碳的含量过高，塑性不足，易产生龟裂。锰的含量与普通钢接近，硅有改善钢液流动性的作用，平均含硅量比普碳钢高，约为0.20－0.45%硫、磷限制在0.40－0.60%范为内。 2、端盖破裂原因分析
（1）由于端盖是铸造件，铸件的铸造质量不高，成分不均匀。 （2）查看端盖裂纹情况，发现钢球麼煤机端盖在过度圆角部位截面突然变化处有较大的应力集中现象，从而导致裂纹产生，钢球磨煤机工作时，在幅值较大的交变应力作用下及振动等因素又使裂纹加速发展，最终使端盖破裂。
（3）我厂采用的是径向粗粉分离器，分离效率底，磨煤机入口处近两年有异声，减速机和磨煤机大罐震动增大，振动又使金属疲劳。
（4）运行工况的恶化，由于钢瓦挟铁螺丝断开后大瓦掉落发现不及时，大瓦随罐体引到高空口砸下，出现负荷不均匀，振动加剧。 二、焊接性分析及焊接方法和焊接材料选择
金属的淬硬和冷裂纹倾向与钢材的化学成分有着密切的关系。 碳当量计算如下：
Ceg= C+Mn/6+(Ni+Cu)/15+(Cr+Mo+V)/5=0.71
端盖金属材料的碳当量推算在Ceg>0.6%,碳当量越大,钢材的淬硬顷向强,可焊性差,需要采取较高的预热温度、控制线能量等严格的工艺措施.出于母材较厚,其拘束度较大,裂纹敏感性较强,加上裂纹的不对称分布，增加了焊接修复的难度。
综合分析端盖结构和材料的焊接性、裂纹产生的原因、位置、裂纹扩展方向，认为裂纹区域较长，对强度影响大。要求在裂纹消除的修补过程中不在出现其他缺陷。考虑端盖属于钢性较大的构件，且在运转中承担较大的交变载荷，要求修复的部分具有叫好的韧性和抗裂性能。为
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此，决定采用?3.2mm和?4.0mm的J507焊条电弧焊方法进行修补。要求焊前预热，焊后热处理，工艺性较好。 三、焊接修复
1、焊前准备事项及要求
（1）H01-20型大焊炬六把,用于预热及热处理。
（2）J507焊条在350-400℃左右温度下烘焙1-2小时，使用时放在100℃的保温筒内，要做到随用随取
（3找出裂纹的终点，使用?10.0 mm的钻头打至裂孔,止裂孔打在所有尖端的5 mm处,深50 mm,对较深的裂纹要分段打孔,止裂孔总深度应等于或大于裂纹的深度.
(4)采用碳弧气刨的方法消除缺陷和加工出坡口,且气刨深度一次不超过10mm气刨后,采取缓冷措施,并用机械方法去除淬硬层。
(5)沿裂纹走向开坡口,坡口形壮近似u形.将坡口及其周围100 mm范围内打磨出金属光泽,并且不得有油、水、锈等其它污垢物。采用u 坡口，单侧坡口深度为50mm。
（6）用磨光机将裂纹打磨干净，并将附近的铸造缺陷清除，可用着色探伤检查，确认裂纹全部清除。 2、施焊技术及要求
（1）采用双人双面对称分段焊，从而减少变形。
（2）焊前应先焊定位销，先用定位销分段把焊缝固定。定位销的大小为30?30?15mm的上大下小的方快，材质为20号钢。其目的是为了防止在焊接过程中产生变性。
（3）选用直流焊机，电源极性为直流反接。
（4）采用局部预热的方法，严格控制层间温度≤150℃,以防止晶粒粗大脆化。焊前预热温度均匀在150℃。
（5）在保证焊透的前提下，尽量选用较小的焊接电流，焊条不摆动。 （6）每次对称焊接200-250mm，采用多层多道焊、分段退焊的方法。先焊裂纹的终端，然后在从始端施焊。施焊结束或中断时，收弧要慢，弧坑要填满，以防止产生弧坑裂纹。每段焊接完毕，应保温缓冷。 （7）为消除焊接应力，防止焊缝过热，每道焊缝焊完后，应立即采用小锤锤击焊缝，直到焊缝金属完全产生塑性变形为止：以细化晶粒，改善
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组织，降低应力，同时起到冷却焊缝和清渣作用。
（8）施焊位置尽量采用立焊,焊接规范见表2。尽量采用?3.2mmJ507焊条施焊底层,快速焊,直线运条,电弧宜短,焊道不宜太宽,厚度为焊条直径的1/2左右,底层焊完后,冷却到室温,清理检查,确认无表面缺陷后再进行填充层的焊接。也可用4.0mm的J507焊条填充与盖面。
表2 焊接操作规范及要求 焊层 焊接方法 焊条牌号 焊条直径(mm) 电源极性 电流范围（Ａ） 电压范围（Ｖ） 焊接速度mm/min 焊接走向 操作要领 底层 手工电弧焊 J507 ?填充及盖面层 手工电弧焊 J507 ?3.2 4.0 直流反接 100～120 22～28 40～50 从下向上 直线运条法 直流反接 130～150 22～32 70～90 从下向上 环形运条法 (9)每层焊完后,仔细检查,确认无缺陷后方可焊接下一层。
(10)在端盖的过度圆角处按周长平均焊50m。厚加强筋板十个,筋板开k形破口,双面焊,焊角高度8mm。 3、焊后热处理及检验
(1)焊完后整体300℃后热及消氢处理,用盘车传动钢球磨煤机,同时在端盖俩侧各用六只大焊炬中性焰加热焊缝,达到300℃以后,停盘车,用石棉保温倒空冷。
(2)焊接完毕放置24小时以后,用砂轮磨光机将焊缝表面焊缝处打磨平整,符合螺栓紧固扇形瓦结合面要求。
(3)用着色探伤检查焊缝表面,未发现咬边,裂纹等缺陷。 4、修复效果
设备从修复运行至今,焊补处未出现任何问题修复后的球磨机在出力25t/h时,主电机电流稳定在55A左右,入口温度稳定在25℃左右,入口大瓦座振动在0.08 mm左右,设备运行良好.由此可见,补焊工艺和相应措施是合理的,为同类问题的解决打下了技术基础。
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三、结论及建议
对DTM320/580型筒式钢球磨煤机运行工况和端盖进行分析,发现钢球磨煤机运行强度高,端盖在过渡圆角部位截面突然变化处有较大的应立集中,应力集中导致裂纹的产生;钢球磨煤机工作时,应力一直在不断的变化,此交变应力及振动等因素促使裂纹加速发展.根据拟定的焊接工艺措施,进行了修复和热处理,结果表明焊接工艺是可行的并可用来提高钢球磨煤机的检修质量，同时提出以下改进措施：
1、增加空心轴与过渡圆角相接处的圆角半径,减少该处的应力集中； 2、提高过度圆角部位的加工质量,消除机械加工刀痕；
3、提高铸件的铸件质量,特别应消除过渡圆角部位处的夹渣气孔等,采用探伤技术保证端盖的加工质量。
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球磨机端盖裂纹修补焊接工艺
