机床导轨裂纹修补技术焊接专业毕业论文

1、大专生毕业设计题目：机床导轨裂纹修复技术机床导轨裂纹修复技术摘要在铸钢的铸造过程中，为保证其具有足够的强度、塑性和韧性，碳含量在0.15 %0.60%之间。由于铸钢的铸造温度比钢锭高，铸件的形状也比较复杂，凝固条件的控制比钢锭要困难得多，而且不经过锻造加工。热节点和枝晶之间的松动是不可避免的。因此，铸钢的性能往往比成分相似的钢差，而且在焊接性能上也是如此。焊接时容易产生裂纹、偏析等缺陷。ZG270-500中碳铸钢具有一定的韧性和塑性，强度和硬度高，切削加工性好，焊接性尚可，铸造性能比低碳钢差，其显微组织和性能有别于普通碳素钢。钢锭组织存在裂纹、偏析等缺陷，使焊接工艺比普通碳钢复杂。本文从ZG2

2、70-500焊接时的缺陷成分和显微组织进行分析，最后总结出一套完整的焊接参数和焊接工艺。改变焊接质量的方法及其修复技术。关键词ZG270-500；可焊性；裂缝修复；机床导轨目录总结.我 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc328573992 第 1 章 引言 PAGEREF _Toc328573992 h 1 HYPERLINK l _Toc328573993 1.1简介 PAGEREF _Toc328573993 h 1 HYPERLINK l _Toc328573994 1.2机床导轨的特点 PAGEREF _Toc328573994 h 1 HYPERLINK

3、 l _Toc328573995 1.3本文主要研究内容 PAGEREF _Toc328573995 h 2 HYPERLINK l _Toc328573996 第 2 章 机床导轨概述 PAGEREF _Toc328573996 h 3 HYPERLINK l _Toc328573997 2.1铸锭结构特点 PAGEREF _Toc328573997 h 3 HYPERLINK l _Toc328573998 2.2 ZG270-500 焊接性分析 PAGEREF _Toc328573998 h 4 HYPERLINK l _Toc328573999 2.3章节总结 PAGEREF _Toc

4、328573999 h 4 HYPERLINK l _Toc328574000 第三章机床导轨焊接修复工艺 PAGEREF _Toc328574000 h 5 HYPERLINK l _Toc328574001 3.1焊接用焊接材料的选择 PAGEREF _Toc328574001 h 5 HYPERLINK l _Toc328574002 3.2斜面清洁 PAGEREF _Toc328574002 h 6 HYPERLINK l _Toc328574003 3.3焊前预热 PAGEREF _Toc328574003 h 6 HYPERLINK l _Toc328574004 3.4焊接操作参

5、数 PAGEREF _Toc328574004 h 6 HYPERLINK l _Toc328574005 3.5焊后处理 PAGEREF _Toc328574005 h 7 HYPERLINK l _Toc328574006 3.6章节总结 PAGEREF _Toc328574006 h 7 HYPERLINK l _Toc328574007 第四章机床导轨的焊接质量控制 PAGEREF _Toc328574007 h 8 HYPERLINK l _Toc328574008 4.1机床导轨质量要求 PAGEREF _Toc328574008 h 8 HYPERLINK l _Toc32857

6、4009 4.2修复焊缝的超声波检测 PAGEREF _Toc328574009 h 8 HYPERLINK l _Toc328574010 4.3导轨的问题及预防 PAGEREF _Toc328574010 h 10 HYPERLINK l _Toc328574011 4.4章节总结 PAGEREF _Toc328574011 h 10 HYPERLINK l _Toc328574012 结论 PAGEREF _Toc328574012 h 11 HYPERLINK l _Toc328574013 参考文献 PAGEREF _Toc328574013 h 12介绍介绍铸钢是以铁和碳为主要元素

7、的合金，含碳量为02%。铸钢又分为铸造 HYPERLINK :/baike.baidu /view/647303.htm t _blank 碳素钢、铸造低 HYPERLINK :/baike.baidu /view/136287.htm t _blank 合金钢和铸造特殊钢三大类。铸造碳钢。以碳为主要合金元素和少量其他元素的铸钢。 HYPERLINK :/baike.baidu /view/101949.htm t _blank 铸造含碳量小于0.2%的低碳钢，铸造含碳量为0.2%0.5%的中碳钢，铸造 HYPERLINK :/baike.baidu /view/398993.htm t _b

8、lank 含碳量大于0.5%的 HYPERLINK :/baike.baidu /view/398995.htm t _blank 高碳钢。随着碳含量的增加， HYPERLINK :/baike.baidu /view/34359.htm t _blank 铸造碳钢的强度和硬度增加。铸造碳钢具有高强度、 HYPERLINK :/baike.baidu /view/337753.htm t _blank 塑性和韧性，成本低。用于重型机械制造承受大载荷的零件，如轧机机架、液压机底座等；用于铁路车辆制造侧架、车轮和车钩等。铸造低合金钢。含有锰、铬、铜等合金元素的铸钢。合金元素的总量一般在5%以下，通

9、过热处理具有更大的冲击韧性和更好的力学性能。铸造低合金钢比碳钢性能好，可降低零件质量，提高使用寿命。铸造特殊钢。为满足特殊需要而制造的合金铸钢品种繁多，通常含有一种或多种高合金元素以获得某些特殊性能。如含锰11%14%的高锰钢耐冲击磨损，多用于矿山机械、工程机械的耐磨件；各种以铬或铬镍为主要合金元素的不锈钢用于腐蚀或650以上高温条件下工作的零件，如大容量发电厂的化工阀体、泵、容器或汽轮机外壳等。机床导轨的特点在铸钢的铸造过程中，为保证其具有足够的强度、塑性和韧性，碳含量在0.15%0.60%之间。由于铸钢的铸造温度比钢锭高，铸件的形状也比较复杂，凝固条件的控制比钢锭要困难得多，而且不经过锻造

10、加工。热节点和枝晶之间的松动是不可避免的。因此，铸钢的性能往往比成分相似的钢差，而且在焊接性能上也是如此。焊接时容易产生裂纹、偏析等缺陷。支撑并引导运动件沿一定轨迹运动的零件称为导轨副，也常称为导轨。运动部件的运动轨迹为直线、圆形或曲线。滚动圆形导轨可归类为滚动推力轴承，而弯曲导轨在机械中很少使用。导轨是机床中非常重要的部件，尤其是在机床中。机床的加工精度直接关系到导轨的精度。对于小批量生产的精密机床，导轨的加工工作量占整个机床加工工作量的40%左右。而且，一旦导轨损坏，维护起来非常困难。根据运动学原理，所谓导轨是一种将运动件只约束在一个自由度上的装置。导轨副中设置在支撑件上的导轨面为导轨面，

11、称为静导轨，较长；另一个导轨面设置在移动件上，称为移动导轨，相对较短。本文的主要研究内容永吉数控机床厂是一家专业生产数控机床的公司。机床导轨要求高强度和冲击韧性。对于结构简单的工件，可以使用16Mn，但对于机床导轨，铸铁不能满足性能要求。因此，使用铸铁。但由于公司新厂房尚处于起步阶段，对于铸钢的焊接没有一套完整的焊接工艺指导焊接生产，导致焊接部位缺陷严重，尤其是裂纹。本文从ZG270-500焊接时的缺陷成分和显微组织进行分析，最后总结出一套完整的焊接参数和焊接工艺。改变焊接质量的方法及其修复技术。机床导轨概述机床导轨的主要材料是ZG270-500。研究机床导轨，首先要分析ZG270-500材料

12、的可焊性、组织结构和接头。铸锭结构特点ZG270-500的含碳量为0.4%，属于亚共析钢。其常温组织为铁素体和珠光体。 ZG270-500的组织结构与成分相近的锻造碳钢相同。 ZG270-500的形状主要从晶粒的形状和结构的偏析来分析1 。铸钢是通过铸造工艺生产的。由于钢锭（如图2-1所示）的冷却过程缓慢且工件较大，因此了解钢锭各部分的组织和性能将有助于焊接工艺和改进焊接工艺。焊接质量。图 2-1 钢锭结构铸锭表面的细晶粒区域结构致密，力学性能良好，但该区域非常薄，因此对铸锭性能影响不大。柱状晶区结构比中心等轴晶区结构致密，但晶粒间常有非金属夹杂物和低熔点杂质形成脆性表面，焊接时易产生裂纹。中

13、心粗等轴晶粒无脆性表面，但组织疏松，杂质多，力学性能低。焊接时应尽量避开该区域。具有一定的韧性和塑性，强度和硬度高，机械加工性好，可焊接。性能尚可，铸造性能优于低碳钢2 。钢锭中除组织不均匀外，还存在成分偏析、气孔、缩松、夹杂、裂纹等缺陷，给焊接工艺带来困难。ZG270-500 可焊性分析ZG 270-500的化学成分（见表2-1）。表2-1ZG 270-500化学成分表元素C硅锰小号磷镍、铬、铜、钼、钒最大元素含量（%）0.400.500.900.040.04合计 1.00使用国际焊接学会（IIW）推荐的碳当量计算公式：ZG270-500的碳当量约为0.45%，ZG275-500的碳当量约为

14、0.46%。一般来说，当碳当量值大于0.4%时，材料的冷裂敏感性增加。焊接时的主要问题是在焊接热影响区容易产生低塑性的硬化组织。随着碳含量的增加而增加。此外，铸钢锭冷却速度慢，组织复杂，成分不均匀，完成后不经过压力加工过程，因此组织较粗，偏析和偏析严重。夹杂物，使塑性和韧性降低，焊接性优于普通劣碳钢。当焊接材料选择不当，焊规不合适时，容易产生裂纹。因此，焊接时需要预热和层间绝缘，以降低热影响区的冷却速度，防止马氏体的形成，减少裂纹的发生。此外，多层焊的焊缝第一层与母材接触，母材熔入焊缝的比例较高，增加了焊缝的含碳量和含碳量。硫和磷杂质，还会产生热裂纹。因此，对焊接材料的选择和焊接坡口的制备也提

15、出了要求，并考虑了低氢焊接方法。同时，还需要进行焊后热处理，最好在焊后立即进行去应力退火 3 。通过以上对ZG270-500的分析，很多数控机床厂使用ZG270-500来制作机床导轨设备。章节总结ZG270-500的含碳量为0.4%，属于亚共析钢。其常温组织为铁素体和珠光体。 ZG270-500的碳当量约为0.45%，ZG275-500的碳当量约为0.46%。一般来说，当碳当量值大于0.4%时，材料的冷裂敏感性增加。焊接时的主要问题是在焊接热影响区容易产生低塑性的硬化组织。随着碳含量的增加而增加。机床导轨的焊补工艺通过研究机床导轨的焊接方法、焊接材料、焊接温度等条件，研究了机床导轨的焊接修复工

16、艺。焊接用焊接材料的选择为保证焊件的焊接质量，打底采用手工电弧焊；填充采用CO 2气体保护焊，确保生产效率。表 3-1焊接方法焊接方法材料名称年级尺寸（毫米）制造工厂CO 2气体保护焊药芯焊丝YJ501Ni1.2桥气体：CO 2纯度99%手工电弧焊焊条J5073.2, 4.0桥由于铸钢含碳量高，晶粒大，偏析严重，焊接时易产生裂纹等缺陷。因此，选用塑性和韧性较好的低氢型焊条，焊丝选用成型较好的药芯焊条。 .补焊采用手工电弧焊，焊条采用A102焊条和J507焊条。使用 A102 电极进行灌注，使用 J507 电极进行填充。因为A102焊条的焊缝塑性韧性好，抗裂性好，可以防止裂纹的发生。同时A102

17、焊条含有多种合金元素，能有效细化焊缝组织，提高焊缝的力学性能。电极在使用前必须干燥4 。焊接参数见表3-2，焊条干燥见表3-3。表 3-2 焊接参数焊接方法焊接位置直径（毫米）电源极性当前的（一个）电压(五)气体流量(升/分钟)A102电极平焊2.5直流反向90100/水平焊接2.5直流反向8090/立焊2.5直流反向8090/J507电极水平焊接3.2直流反向120140/平焊3.2直流反向90100/立焊3.2直流反向90100/表 3-3 电极干燥焊接材料标签干燥温度（ ）保持温暖不锈钢电极A1023501小时低氢型电极E50153003501小时由于ZG270-500的焊接性较差，容易

18、出现偏析、裂纹等缺陷，所以焊接时尽量采用小电流焊接，以减少热输入，提高焊接质量。电极使用前应干燥，否则不能使用。干燥后，将电极放入培养箱中保存，根据需要取用。电极暴露在空气中4小时后，应再次干燥，反复干燥。次数不能超过4次。在二次焊接过程中，如果发现焊丝生锈，则需要在焊接前更换焊丝。焊完后，焊丝必须返回储藏室5 。斜面清洁如果坡口过大，会造成熔敷金属过多，增加热影响区，增加应力焊接变形，或引起裂纹。另外，会浪费焊条，浪费时间。凹槽太小会导致穿透不完全。因此，焊接前应仔细清理坡口两侧，除去坡口两侧20-30毫米的锈迹和油污。焊接前预热焊接前应预热工件。预热温度为150 C 。当焊件刚度较大时，可

19、将预热温度提高到200 。如果是局部预热，加热周长为凹槽两侧150-200mm。预热时间约为1h。预热的目的是降低焊缝的冷却速度，有效防止结晶裂纹和延迟裂纹的发生。预热温度过低，不能抑制冷裂纹的产生；如果预热温度过高，可能会在焊缝中引起晶间碳化物析出和铁素体的形成。预热时间过长相当于增加了焊接热输入，导致高温停留时间过长，奥氏体晶粒粗大化，最终形成粗大的马氏体硬化焊缝。预热时要均匀，不能用大火短时间快速加热，以防局部应力过大而变形。更合适的层间温度为125250 ，温度下限用于保证多层焊后续焊缝的最低预热条件，温度上限用于避免热应力裂纹。层间温度通过补充加热或慢速焊接来控制。焊接操作参数选择和

20、焊条干燥见表3-4和表3-5 。表格 3- 4焊接参数选择焊接方法焊接位置直径（毫米）电源极性当前的（一个）电压(五)气体流量(升/分钟)CO2气体保护焊平焊1.2直流反向140160202415水平焊接1.2直流反向120140182015立焊1.2直流反向120140182015手工电弧焊水平焊接3.2直流反向120140/平焊3.2直流反向90100/立焊3.2直流反向90100/表格 3- 5电极干燥焊接材料标签干燥温度（ ）保持温暖低氢型电极JH.E50153003501小时焊后处理最好在焊后立即对焊件进行去应力热处理，特别是对于在苛刻条件（动载荷或冲击载荷）下工作的大厚度、高刚度结

21、构的焊件。消除应力的回火温度为600-650 。如果焊后不能进行去应力热处理，应立即进行后热处理6 。加热铸钢件时，加热温度应缓慢而均匀，加热区最高和最低温度不大于65 。章节总结ZG270-500的可焊性较差，应选用韧性较好的低氢焊条，焊丝应选用形状较好的药芯焊丝。为保证焊件的焊接质量，打底采用手工电弧焊；为保证生产效率，填充采用CO 2气体保护焊7 。机床导轨焊接质量控制裂纹是危害最大、最常见的焊接缺陷类型，可成为部件脆性断裂、疲劳损伤和腐蚀损伤的原因。它不仅会使产品报废，而且可能因未被发现而导致未来的灾难性事故。机床导轨的质量要求用超声波探伤仪确定裂纹的起始位置后，如果裂纹比较浅，可以用

22、角磨机打磨去除裂纹；如果裂缝比较深，先用电钻在裂缝的起始位置钻孔，孔的直径在6毫米左右。孔的深度取决于裂纹的深度，一般比裂纹深，以防止裂纹继续扩大。之后在裂缝两侧用200-300毫米左右的火焰预热半小时左右。预热功率小，然后用碳弧气刨。去除裂缝。采用气刨时，碳棒应选用小直径的，电流越小越好7 。用碳弧气刨开槽后，用角磨机或小磨头去除槽两侧的氧化膜，直至露出金属光泽。如果坡口两侧有氧化膜，焊接时氧化膜吸收大量热量，使母材不能有效熔化，产生咬边、夹杂等缺陷。铸钢件裂纹的补焊方法与第一次焊基本相同。(1)焊缝坡口两侧的前两层使用2.5不锈钢焊条，并使用小电流减少热输入 8 。总焊接方向(2)焊接顺序

23、如图4-1所示，但不能进行连续焊接。应分层、分段焊接。各焊缝长度不超过200mm，焊缝厚度不超过4mm。目的是减少热量输入和热量集中。总焊接方向图 4-1 焊接顺序(3)对于缺陷较多的工件，先焊小缺陷，再焊大缺陷，最后焊透缺陷。修复焊缝的超声波检测探伤的工艺评价报告见表4-1。表 4-1 焊缝超声波探伤检测报告单位：永吉数控机床厂工件名称机床导轨编号1#检测时间2012-5-28材料ZG270-500表面状况抛光及格分数二级_仪器型号BSM360验收标准GB11345-89检测面两面性检测方法超声波检测检出率100%偶联剂机油探测5M1010K2试块CSK-IB CSK-3A/探头前沿I0=1

24、0mm距离幅值测量值孔深 mm00000探头 K 值K=2振幅88600焊缝编号检测部分缺陷编号缺陷指示 (mm)起点 S长度 L深度两边的距离1#在旁边1#M侧的S1：75L1:1611.9从 Aa1:01#在旁边2#M侧的S2：510L1:1037A2:20 从 A 侧1#B面3#从N侧S3：80L1:1926b1:12 从 B 侧探测器在督察级别从探伤结果看，虽然补焊后焊缝仍有裂纹，但探伤结果符合级合格要求，故对焊缝裂纹的补焊工艺可行，可以获得良好的补焊焊缝9 。导轨的问题及预防热裂纹一般是指在较高温度下出现的裂纹。大部分热裂纹在固相线和液相线温度范围内产生结晶裂纹，少量发生在温度低于固

25、相线温度时。大多数生成的位置在焊缝中，有时也在热影响区。常见的热裂纹包括结晶裂纹。原因是在焊缝结晶后期，低熔点共晶形成的液膜削弱了晶粒间的结合力，在拉应力的作用下产生裂纹。最常见的位置是焊缝，裂纹沿着奥氏体晶界。相应的材料有杂质较多的碳钢、中低合金钢、奥氏体钢和镍基合金10 。焊接冷裂纹是相对于热裂纹而言的，一般是指在较低温度下产生的裂纹。发生位置在焊接接头，特别是焊缝的热影响区，个别情况下焊缝金属也会出现冷裂纹。常见的冷裂纹是延迟裂纹。延迟裂纹的位置是焊缝，少量在热影响区。沿奥氏体晶界或贯穿晶粒的裂纹。相应的材料有中高碳钢、低中合金钢、钛合金。对于大而厚的零件、刚性结构和工作条件为动载荷或冲

26、击载荷的焊件，焊后应进行去应力退火。目的是消除机械应力，降低热影响区的硬度11 。如果热影响区的硬度存在差异，一旦受到弯曲应力，热影响区就会出现裂纹。焊后热处理的工艺措施是：对于大型铸钢件，可在焊缝区采用电加热设备或火焰加热至200-250 ，保温2小时（保温时间视厚度而定）工件，可适当增加保温时间。 ） ，并覆盖防火岩棉使其缓慢冷却；对于小型铸钢件，可用电加热设备或火焰加热至600-650 ，保温2小时后覆盖防火岩棉使其缓慢冷却12 。加热铸钢件时，加热温度应缓慢而均匀，加热区最高和最低温度不大于65 。章节总结由于铸钢件厚而大，工件形状复杂，冷却速度慢且不均匀，钢锭组织不均匀，存在偏析裂纹等缺陷，给焊接工艺带来困难。焊接时要特别注意控制焊接热输入和焊接常见缺陷，否则将耗费大量人力和财力