495HR電鏟門閂斷裂的焊接修復

神華準格爾能源有限責任公司 （內蒙古鄂爾多斯 010300） 初保澤 杜甫東

1.問題的提出

BUCYRS 495HR電鏟（見圖1）是美國比塞洛斯公司生產的黑岱溝露天煤礦主要的采剝設備，電鏟的斗容為60.4m3。近年來由于煤礦開采量的不斷上升，各種礦用設備都在超負荷運轉，單位一臺495HR電鏟由于連續工作一個星期，致使鏟斗門閂（與鏟斗支撐臂連接的部分）斷裂，無法正常工作，所以鏟斗門閂的焊接修復工作已經迫在眉睫。

圖1

圖2為一臺495HR電鏟，因鏟斗門閂破裂，嚴重影響單位煤碳的開采量，致使采掘工作無法正常進行。

經分析該鏟斗的材料是低合金高強鋼Q345，門閂的材料是鑄鋼。如果要修復斷裂的門閂，需要把鑄鋼斷裂片焊接到低合金高強鋼鏟斗上，屬兩種異種材料的焊接，而且在焊接過程中容易產生裂紋，有一定的困難。我們分析了鑄鋼與低合金高強鋼兩種材料的焊接性，并選用了合適的焊接工藝，收到了滿意的修復效果。

圖2

2.鏟斗門閂材料及其焊接性分析

495HR電鏟支撐架材料是低合金高強鋼Q345，該材料焊接性良好，化學成分和力學性能如表1、表2所示。

表1 Q345化學成分（質量分數） （%）

表2 Q345力學性能

鏟斗門閂材料選用鑄鋼，如選用ZG230—450，雖然焊接性良好，但強度差，不能用作受力較大的機件；如選用鑄鋼ZG270—500，雖有較高強度和良好的塑性，但焊接性較差，易出現硬化、熱裂、冷裂等缺陷。因此在焊接過程中，采用適當焊接方法及工藝措施，就能夠避免上述缺陷，我們對其焊接性及焊接工藝進行了研究。其化學成分和力學性能如表3、表4所示。

表3 鑄鋼ZG270—500化學成分（質量分數） （%）

表4 鑄鋼ZG270—500力學性能

鑄鋼ZG27—500焊接時，出現熱裂紋的原因：一是大電流、快速焊；二是硫、磷含量高，焊接時母材中的硫、磷熔進到熔敷金屬，如使用CO2氣體保護焊，打底焊采用小電流，焊絲采用JM—56實芯焊絲，其熔敷金屬力學性能和化學成分如表5、表6所示。該焊絲含錳量高，錳在高溫時容易和硫結合，生成高熔點硫化錳，就能有效防止熱裂。

表5 JM—56實芯焊絲化學成分（質量分數） （%）

表6 JM—56實芯焊絲熔敷金屬力學性能

經過分析，在修復過程中采用 CO2氣體保護焊，有以下幾個優點：①比電弧焊效率高2～3倍。②含氫量比低氫焊還低，抗裂性更好。

3.焊接方法及工藝

（1）清理及準備 ①首先使用碳弧氣刨切除鏟斗門閂上的棱角，然后用角磨機把氣刨切掉后的切面打磨干凈，不得存有泥垢、鐵銹。補焊前對需要補焊的部位進行充分預熱，預熱溫度一般控制在250℃。預熱采用加熱板進行預熱，預熱溫度為230～250℃。②進行整體補焊，選用TM—771S283319—K02，φ1.6mm焊絲，CO2作為保護焊氣體對門閂進行施焊。

（2）焊接過程 由于門閂損毀嚴重，補焊量較大，所以在補焊過程中采用層層堆焊的焊接工藝，在焊接過程中確保無夾雜等焊接缺陷的產生，根據門閂片和斷裂部分裂紋走向確定堆焊層數。補焊過程不能間斷，要一次完成，補焊后保溫溫度控制在280～300℃，用石棉布包住使其緩慢冷卻，以降低補焊表面硬度。補焊完畢后，用一臺焊機打底焊接，焊接完畢后立即用風敲、風動扁鏟等工具敲擊焊接部位，以釋放焊縫處焊接應力，清除藥皮等焊縫間雜物。檢測焊縫是否發生裂紋，如有則去除缺陷，重新焊接。

打底焊接后，使用兩臺焊機在焊縫的兩邊同時堆第二層。每焊完一道，都要立即進行焊縫敲擊。全部焊完后，利用角磨機打磨焊縫，去除焊瘤等缺陷，使焊接應力得到均勻釋放，避免產生延遲裂紋。焊接完畢后鏟斗門閂如圖3所示。

圖3

4.結語

鏟斗門閂用此方法修復后，投入使用數月，經過無損檢測，未發現裂紋，滿足了設備的工作要求。我們利用此方案處理了三個類似的問題。

實踐說明此方案操作簡便，快捷有效， 加工費用大大降低，同時提高了設備的出動率，延長了礦山設備的使用壽命，間接地給礦上帶來了一定的經濟效益。