项目名称 水泥回转窑轮带与托轮表面缺陷与结构裂纹修复
服务单位 哈尔滨现代焊接技术生产力促进中心(机械科学研究院哈尔滨焊接研究所)
邮政编码 150080
单位网址 www.ppc.hwi.com.cn
联 系 人 钟 彬 才维忠
联系电话 0451-86336653 86336623
电子信箱 zhongbin-hlj@163.com
Q Q号码 250048432
项目简介
水泥窑由三档轮带、三对托轮支承并回转,在生产运行过程中承受着很大的交变载荷,服役一段时间后往往会出现表面缺陷与结构断裂的损坏情况。
1、失效原因
(1)交变应力:根据水泥窑的结构特点,最大剪应力一般产生于轮带表面下3~4mm和托轮表面下40~60mm下的深处。由于剪应力方向反复发生变化,导致轮带和托轮构件表面金属在支反力作用下不断地发生微观塑性变形时,最后产生疲劳裂纹,在载荷的继续作用下裂纹将不断地扩展,最后接近表面而形成网状点蚀裂纹及局部剥落缺陷,造成构件表面的疲劳破坏。
(2)剥落压溃:轮带或托轮的材料,一般均为ZG55Ⅱ碳素铸钢或35SiMn、42CrMnSi中碳合金铸钢等材质。由于存在着不可避免的铸造缺陷,造成工件的轴向硬度不均匀,组织不一致,在高负荷条件下,会在工件表面硬度较低的地方产生压溃现象,导致点蚀裂纹与表层金属剥落。
(3)异物碾压:由于水泥窑属低速重载设备,轮带表面接触处变形较大,油、水浸入裂纹后在轮带与托轮相互碾压下,液体在裂缝中受到瞬间的封闭而产生极高压力,也会加速裂纹的扩展,并沿表面剥离。
(4)热疲劳:水泥窑是处于“静不定结构”条件之下,由于窑内热工工况变化及窑的上下窜动的影响,相对于各轮带处筒体及轮带温度差和轮带与托轮接触面积的变化造成各轮带和托轮的应力水平的不断地变化,也存在着金属材料的热疲劳不利因素,都会加剧裂纹的扩展速率。
(5)裂纹扩展:已经产生裂纹还可能向径向与轴向不断地扩展,逐步由表及里形成贯穿性裂纹,最后导致构件的断裂破坏而彻底失效,其危害性更为严重,将会造成更大的设备损坏与停产损失。
2、修复技术方案
(1)焊接性分析
轮带及托轮铸钢化学成分及力学性能一览表
 
钢号
化学成分(%)
C    Si    Mn     P    S
力学性能
σb/MPa σs/MPa δ5(%) ф(%)  Akv/J
ZG35SiMn
0.3  0.6  1.1
 -    -    -≤0.04≤0.04
0.4  0.8  1.4
570  340  12  20 24
ZG55
0.52 0.20 0.50
 -    -    -≤0.05≤0.05
0.62 0.45 0.80
650  350  10  18 20
 
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