10 MN水压机夹紧缸柱塞的修复

王晋生

(太原重工股份有限公司技术中心，山西030024)

我公司某分厂进口的关键设备10 MN水压机夹紧缸柱塞在使用中由于一些意外的原因，造成夹紧缸柱塞的表面产生拉伤及划痕。拉伤部位易产生漏油，严重时系统不能正常工作，所以必须尽快修复夹紧缸柱塞的拉伤表面。

在整个的修复过程中，首先是要解决45钢夹紧缸柱塞拉伤表面的焊接问题。由于45钢的焊接性能较差，其主要问题是容易产生焊接冷裂纹，因此，能否有效的避免夹紧缸柱塞在修复时产生焊接裂纹，是能否修复夹紧缸柱塞的关键。

1 夹紧缸柱塞产生拉伤的原因

1.1 磨损

由于10 MN水压机夹紧缸柱塞长时间做往复运动，造成柱塞的表面出现磨损，使夹紧缸柱塞和密封圈的接触不均匀，如有外部的细小颗粒粘到柱塞的表面上，随着夹紧缸柱塞的往复运动带入密封圈的内部，易造成夹紧缸柱塞的表面拉伤及划痕。

1.2 腐蚀

10 MN水压机常常要和酸、碱、盐等强腐蚀性的介质接触，而且高温、高压、高流速的恶劣工况又强化了腐蚀作用。夹紧缸柱塞金属的表面因受到介质腐蚀而产生溃疡、深洼、斑点等局部缺陷。

1.3 液压油的影响

液压油中存在高硬质点，工作时带入磨擦副中产生拉伤。

2 夹紧缸柱塞拉伤表面的修复

本例要修复的夹紧缸柱塞直径比较大(∅560 mm×644.5 mm和∅480 mm×812.5 mm两段)，呈中空型，见图1。

图1 10 MN水压机夹紧缸柱塞示意图Figure 1 The sketch for the column stopper 10 MN hydraulic press

2.1 夹紧缸柱塞技术要求

10 MN水压机夹紧缸柱塞的材质为45钢，具体技术要求为：

(1)锻件按TZS8350—1990《锻件通用技术条件》Ⅲ组的规定检验验收。

(2)粗加工后调质处理硬度为217～255 HBS。

(3)夹紧缸柱塞表面淬火硬度为45～55 HRC，淬硬层深度>1 mm，总重约1 590 kg。

2.2 夹紧缸柱塞焊接性能分析

依据45钢碳当量公式CE(IIW)=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15(%)计算得知，45钢的碳当量为0.63%。当碳当量大于0.45%时材料的淬硬倾向明显。而45钢的碳当量如此之高，有相当大的淬硬性，冷裂倾向增大。可见，45钢的焊接性很差，在焊缝的熔合区容易产生焊接冷裂纹，这就对夹紧缸柱塞焊缝的焊接质量及可靠性提出了更高的要求。能否有效避免夹紧缸柱塞在修复时产生焊接裂纹，是成功修复10 MN水压机夹紧缸柱塞的关键。

2.3 焊接裂纹的预防措施

(1)严格焊接工艺纪律

为保证焊缝的熔深，一律采用∅4.0 mm的焊条进行打底焊，同时焊缝之间预留一定的间隙，以利于减少夹紧缸柱塞刚性拘束力对焊缝的拉伸应力，从而防止焊缝开裂。严格执行焊前对焊缝的清理工作。

(2)选择抗裂性能好的焊接材料

虽然J502(E5003)焊条与J507(E5015)焊条的抗拉强度同属一级，但后者的抗裂性能及低温冲击韧性的保证值均高于前者。实践证明改用J507焊条后，出现焊接裂纹的情况大为减少。

依据10 MN夹紧缸柱塞对修复焊缝的要求，采用手工电弧焊时，可以选用抗裂性能较好的J506、J507(或J607)低氢钠型药皮的低合金高强度钢焊条。这些焊条的抗拉强度统属一个级别，并且有着良好的抗裂性能以及低温冲击韧性的保证值，出现焊接裂纹的情况会大为减少。焊前焊条烘焙350℃，保温2 h。

若选用CO2气体保护焊时，可选用∅1.2 mm焊丝，焊丝牌号为H08Mn2SiA。

CO2气体保护焊的冶金特点是：CO2气体保护焊在冶金方面对于油、锈敏感性较低，焊缝金属扩散氢的含量只有(0.14～1.0)ml/100 g(碱性焊条扩散氢的含量为8 ml/100 g左右)，是一种超低氢的焊接方法；CO2焊接的合金过渡系数大于手工电弧焊，选用的焊丝牌号为H08Mn2SiA，熔敷金属屈服强度为380 MPa，韧性储备较高，抗裂性能强。

(3)选择合理的焊接顺序

针对由于焊接顺序不当产生焊接裂纹的现象，适当调整焊层的焊接顺序。

选用手工电弧焊进行焊缝的打底焊、填充焊、盖面焊共三层，每层厚度控制在1 mm～2 mm。

对外圈焊道采用CO2气体保护焊进行盖面焊。

可选用点燃火焰喷炬的方法来维持工件的层间温度≥150℃。

2.4 夹紧缸柱塞修复焊接工艺

由于母材含碳量较高，有相当大的淬硬性，因而在焊接热影响区的过热区内很容易产生脆化倾向，也增大了焊缝及热影响区产生热裂的可能性。

从以上分析可知，选择合理的焊接材料和制定合理的焊接工艺参数尤为重要。焊接时要严格执行所编制的焊接工艺，并注意施焊环境要保持清洁。焊缝外表面应无裂纹、气孔、夹渣、咬边等缺陷，焊后焊缝表面与基体金属齐平。焊接工艺参数见表1及表2。

表1 手工电弧焊焊接工艺参数Table 1 The manual electric arc welding parameter

表2 CO2气体保护焊焊接工艺参数Table 2 The CO2 gas shielded arc welding parameter

2.5 夹紧缸柱塞焊前预热

焊前预热可以减慢焊缝及热影响区的冷却速度，有利于避免产生淬火组织，有助于焊接区氢的逸出，防止产生焊接裂纹。需采用的最低预热温度与被焊钢材的碳以及合金的含量、焊后的热处理条件有关。所以将预热温度定为350℃，升温速度85℃/h，保温2 h。预热区域以焊缝为中心，两侧宽度至少为100 mm。

2.6 夹紧缸柱塞焊后热处理

如果焊后不进行热处理极易产生冷裂纹。

对于材质淬火倾向大的焊件，焊后进行保温、缓冷处理有利于弥补焊前预热温度不足以及层间温度低所造成的不利影响，是保证焊接质量的重要工艺措施。

要确保焊缝两侧至少100 mm的范围内后热温度达到350℃，保温2.5 h，然后用石棉被密闭封盖缓冷至室温。

3 检验

为了确保10 MN水压机夹紧缸柱塞修复后的可靠性，进行了100%磁粉探伤，未发现焊缝表面有裂纹、气孔等缺陷；采用X射线100%探伤，焊缝达到JB 4630—1994标准的Ⅱ级要求。

4 结论

10 MN水压机夹紧缸柱塞修复焊接工艺，采用手工电弧焊(或CO2气体保护焊)，焊前预热，焊后进行热处理，工艺可行，效率高。夹紧缸柱塞表面强度、表面淬火硬度均满足图纸技术要求及使用的要求。

[1] 王文翰.焊接技术手册.郑州:河南科学技术出版社，1997.

[2] 李恒等.气保护药芯焊丝熔滴过渡的形成及特点.焊接学报，2000.

[3] 殷树言，邵清廉.CO2焊接技术及应用. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1992.