Φ3.8×12m磨机筒体断裂的修复
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安广析
我厂拥有Φ3.8×12m磨机(水泥磨)4台，1996年5月发现2＃磨筒体有断裂裂纹，断裂发生在筒体与端盖的焊缝上(见图1)，外观检查有3段裂纹，磨机已不能运转。我们分析认为筒体材质为A3，具有良好的焊接性，可以在现场用手工电弧焊修复。现在时过两年，磨机仍正常运转，这说明修复工作是成功的。下面就修复工作的有关事项做一个回顾总结，以期抛砖引玉，并与广大同仁共勉。
图1断裂部位与止裂孔
1.材料及工器具准备这次修复工作的主要步骤是打磨探伤——开坡口——施焊，所以材料及工器具也是围绕这3个步骤准备的。主要有：
①Φ180角向磨光机(包括砂轮片)1台
②直流电焊机(Ax1—500型)1台
③空压机(1MPa，1.6m3／min)1台
④电烘箱(t>350℃)1台
⑤手风枪(包括风枪杆)1台
⑥电焊钳(包括电缆线)1把
⑦碳弧气刨枪(包括风带)1把
⑧焊条保温桶1支
⑨着色渗透探伤剂
{10}碳棒(Φ5Φ6Φ7Φ105×15)
{11}电焊条(J427，Φ3.2Φ4)
{12}其他(如电焊手套、棉纱等)
2.施工过程，工艺方法及技术要求
2.1 打磨探伤。先用Φ180角向磨光机将磨外全周长焊缝全部打磨干净，清除油漆，水泥等杂物，然后用渗透探伤剂喷涂探伤，对有裂纹的部位要做好标记。然后用同样的方法对磨内焊缝进行打磨，探伤，并做好标记。因裂纹是从磨内向磨外扩展的，所以磨内的裂纹可能更长、更严重。因此，对磨内焊缝的探伤、标记应特别仔细。
2.2 钻止裂孔，焊防变形板。根据探伤结果，在裂纹两终端向外约5mm处钻止裂孔。止裂孔为Φ5mm，深40～50mm，每端并排3个如图1所示。钻好止裂孔后，转动磨机使裂纹处于磨机最上边，利用磨机自重，使裂纹自然吻合，防变形板就焊在筒体最高处，骑在裂纹上。防变形板(如图2)每隔500mm一块，两端的防变形板距止裂孔应小于200mm。若裂纹长度不足500mm，防变形板可焊在裂纹中间。防变形板中心线应对准裂纹,防变形板全部焊完后，磨机可随意转动。
图2防变形板
2.3 开坡口、施焊。开坡口使用碳弧气刨，选在立面裂纹中间从上向下刨，每次长度不超过500mm。坡口在磨外为单面V型。为减少工作量，避免筒体热变形和应力集中，坡口角度缩小到50±2°，不能太小，否则会影响焊条摆动，影响焊接质量。气刨使用空气压力为0.6～0.8MPa，碳棒直径应先选大的，待将要刨透时再选小的，具体尺寸，焊工可根据情况选择。气刨时，先沿裂纹方向刨透较窄的坡口，然后用扁碳棒修整成V型坡口。碳弧气刨所用电焊机电流为(30～50)d(d——碳棒直径mm)。电流选择大，则气刨速度快，但发热也多，接法采用直流反接法。
坡口成型后，要用角向磨光机打磨，尽量使坡口平整，且保证坡口内无任何杂物，使其呈现出金属光泽。待坡口修整好后，还要用探伤剂探伤，检查是否有其他缺陷，检查两端裂纹是否消失等。
为防止筒体强度削减严重，开坡口采用分段间隔法，每次坡口长度为400～500mm。建议第一次坡口开在裂纹中间，则焊接使长裂纹一分为二。以后的坡口，焊接也选在裂纹的中间，直到裂纹小于500mm，能一次补焊到止裂孔为止。
焊接跟随坡口走，采用分段间隔法，每段长度为400～500mm。焊缝选在磨机一侧向上45°倾角附近，从下往上爬坡焊(如图3所示)电焊机选用直流焊机，接法为反接。焊条选用J427，焊前焊条必须在350℃以上温度环境内烘干1小时，然后在150℃环境内保温待用。焊接时随用随取，每次取约20根，且均应装在保温筒内。
AB为施焊区域箭头为施焊方向
图3施焊区域及方向
第一层打底焊，选用Φ3.2mm焊条，电流110A～120A，焊条不作摆动,短电弧且电弧不间断。第一层打底焊是整个焊接工作的基础，质量要求较高，必须加以足够重视。要求焊透性好，与母材熔合好，保证焊缝平整，根部成形好，不存在任何缺陷，做到单面施焊，双面成形。第一遍焊完后，用角向磨光机将焊缝表面磨平，去除飞溅物，然后焊第二遍。从第二遍起，焊条选Φ4mm，电流150～160A，采用在坡口截面上短电弧横焊的方法。当坡口宽度b>15mm时，焊条可摆动到坡口两端，并在两端稍作停留，以确保与母材熔合；当坡口宽度b=15～30mm时，焊条摆动分两段完成，仅在坡口两端稍作停留，在坡口中间不做停留，防止坡口中间焊肉凸起；当坡口宽度b>30mm时，焊条摆动分三段完成，也是仅在坡口两端稍作停留，坡口中间不作停留(如图4所示)。要求焊速平稳，焊缝表面均匀光滑，杜绝夹渣、气孔等缺陷产生。第二遍焊完后，用角向磨光机为焊道磨平，用探伤剂探伤，若有缺陷应去掉重焊；无任何缺陷后，用风枪(使用圆枪头)将焊道捶击两遍，再继续施焊。从第二遍起每焊完一遍，均应用风枪捶击焊道2～3遍，既清除药皮，又消除应力。一般每焊10～15mm厚时应用探伤剂探伤一次，以便及时发现缺陷并消除。当坡口焊平后，应最后探伤一次，当无任何缺陷时再焊最后一层盖面层，最后一遍盖面焊，宜用高电压小电流慢速施焊，这样可取得满意的表面质量。盖面焊要求焊缝表面必须光滑，不允许有“咬肉”缺陷，起熄弧部位的凹坑应补焊后磨平，凸起部位应顺焊缝表面磨平，磨削部分不得有目视可见的磨削棱尖痕迹等。
焊条摆动：仅在坡口两端稍作停留，在坡口中间不作停留
图4坡口宽度与焊条摆动
磨外焊接完毕，应到磨内对焊缝根部进行清根处理，并施焊。先将磨机端盖上的筋板(δ=20，18组均布)割去，然后用角向磨光机清理焊缝根部。焊缝根部清理干净后，应用探伤剂探伤，确定根部质量。若有缺陷应给予清除，当无任何缺陷后，选用Φ4焊条进行焊接。磨内焊接一般2～4遍，中间对焊道捶击两遍。最后一遍施焊要将焊缝处的直角堆焊成一个过渡圆弧，最后恢复好筋板。特别需要指出的是，国家有关标准规定，当零件厚度δ>42mm时，焊前要考虑预热，焊后要消除应力如退火等。特别对大型构件，焊缝对整体零件来讲是很小的，焊后冷却速度很快，容易产生淬硬裂纹。对水泥磨而言，整体预热，退火都非常困难，在现场几乎是不可行的，局部预热、退火没有可靠的设备，手工操作又无法保证质量，同时考虑到磨机筒体材质为A3，具有良好的焊接性，所以选择焊前不预热，但施焊环境温度要高于20℃，焊后用捶击法消除应力。实践证明，此方案是完全可行的。
3.断裂原因浅析
3.1 结构设计不合理，易形成应力集中，磨机端盖钢板厚δ=100mm，筒体钢板厚δ=50mm，二者形成的角接处没有过渡圆弧而是一个直角，此处就易形成应力集中，这里也正是断裂的发生部位。此次修复只是在角焊缝表面施焊出一个很小的过度圆弧，仍不十分理想。此处结构建议改为如图5所示的合理结构。
图5合理结构
3.2 焊接工艺不严格，焊接质量差，存在焊接残余应力。原磨机筒体外侧进行自动焊后，内侧的角焊缝未进行清根等坡口处理，而是直接进行手工盖面焊，致使焊缝存在大量夹渣现象。而对有筋板的部位，因筋板未留施焊通孔，筋板下及两侧未进行焊接，致使整个圆周焊缝上存在断续焊现象。因此整个焊缝内存在较大的焊接残余应力。3.3 制造质量差也是关键因素。在未处理前，外观检查磨内焊口开裂部位发现有局部未施焊现象，尤其是端盖上的两条立筋中间部分未焊接。在对开裂部位进行碳弧气刨的刨削过程中，发现在焊肉根部10～15mm部位存在夹渣现象，同时发现有约300mm长一段存在焊肉与母材未熔合现象，还有两个Φ4mm，深30mm的气孔。在对未开裂部位进行超声波检测时，发现存在断续的夹渣现象，而外观检查却成形良好，可以说，工作质量低劣是筒体断裂直接的原因。
作者单位：鲁南水泥厂(277531)
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