礦用高強(qiáng)度圓環(huán)鏈焊接質(zhì)量的控制

摘 要：礦用高強(qiáng)度圓環(huán)鏈（以下簡(jiǎn)稱礦用鏈）適用于煤礦井下刮板輸送機(jī)、刨煤機(jī)、滾筒采煤機(jī)及其他機(jī)械的牽引鏈。礦用鏈機(jī)械性能的好壞直接影響到井下牽引設(shè)備的安全運(yùn)行及人身安全，屬于國(guó)家礦用產(chǎn)品安標(biāo)范圍以內(nèi)的產(chǎn)品。在礦用鏈的生產(chǎn)過(guò)程中，焊接和熱處理工序是礦用鏈生產(chǎn)的兩個(gè)關(guān)鍵工序，對(duì)其成品質(zhì)量有著重要的影響。礦用鏈采用中頻感應(yīng)熱處理系統(tǒng)，利用集膚效應(yīng)使得鏈環(huán)硬度分布呈馬鞍形，這是使礦用鏈滿足GB/T12718--2009標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械性能要求的關(guān)鍵所在。而焊接質(zhì)量又是礦用圓環(huán)鏈質(zhì)量的基礎(chǔ)指標(biāo)，如果焊接質(zhì)量不合格，即使熱處理參數(shù)再合理，也不會(huì)有好的機(jī)械性能。使用UNT系列對(duì)焊機(jī)進(jìn)行礦用鏈焊接，由于焊接設(shè)備屬于半自動(dòng)控制，所以操作者的過(guò)程控制和工藝參數(shù)的合理使用，對(duì)焊接質(zhì)量的好壞有著比較重要的影響。要取得良好的焊接接頭，需要一定的操作經(jīng)驗(yàn)。本文根據(jù)大量的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)直徑在22毫米及以下礦用鏈，采用凸輪送進(jìn)機(jī)構(gòu)的半自動(dòng)閃光對(duì)焊機(jī)焊接的質(zhì)量控制要點(diǎn)及工藝要求進(jìn)行了初步的探討。

關(guān)鍵詞：礦用高強(qiáng)度圓環(huán)鏈；閃光對(duì)焊；有電頂鍛；保壓

1 閃光對(duì)焊

對(duì)焊是電阻焊的一種，礦用鏈的接頭焊接采用的是對(duì)焊方法中的閃光對(duì)焊。 閃光對(duì)焊是電流通過(guò)兩個(gè)對(duì)接工件的接觸表面時(shí)，其細(xì)小的接觸點(diǎn)的電阻極其接觸表面的電弧產(chǎn)生熱量，將對(duì)接表面加熱，在適當(dāng)時(shí)間后，對(duì)接頭施加壓力，使兩個(gè)對(duì)接表面的整個(gè)區(qū)域同時(shí)牢固結(jié)合起來(lái)的電阻焊方法。

閃光對(duì)焊的焊接原理是將被焊的兩工件，分別夾持在與焊接變壓器次級(jí)連接的兩個(gè)電極中，一端為固定不動(dòng)的夾持器（靜夾持器），另一端為可軸向移動(dòng)的動(dòng)夾持器。當(dāng)動(dòng)夾持器一端的工件緩慢地向靜夾持器一端的工件移動(dòng)時(shí)，由于工件端面總是“ 凹凸” 不平，兩工件端面總是由一點(diǎn)或幾點(diǎn)開始接觸。當(dāng)電流通過(guò)這些接觸點(diǎn)時(shí)，就產(chǎn)生電阻熱。 由于電流大，這些接觸點(diǎn)的金屬很快被加熱熔化，形成“ 過(guò)梁” ，“ 過(guò)梁” 在大電流密度作用下，迅速被加熱而爆炸、噴濺，并形成許多小電弧。這個(gè)過(guò)程稱為“ 閃光”過(guò)程。隨著其中一個(gè)工件以適當(dāng)速度推進(jìn)，新過(guò)梁不斷產(chǎn)生，閃光持續(xù)發(fā)生，直到兩接口表面完全被一薄層熔化的金屬覆蓋，而且兩個(gè)工件從電級(jí)伸出的部分都有一小段達(dá)到塑性很好的溫度，此時(shí)施加頂鍛壓力，將接合面的熔化金屬全部擠出，將兩工件牢固地鍛壓在一起，完成對(duì)焊過(guò)程。

閃光對(duì)焊可分為連續(xù)閃光對(duì)焊和預(yù)熱閃光對(duì)焊兩種。連續(xù)閃光對(duì)焊是指在施加電壓后，一個(gè)工件不停頓的向前緩慢推進(jìn)，保持閃光過(guò)程持續(xù)不斷直至頂鍛。 而預(yù)熱閃光對(duì)焊是指在施加電壓后，兩個(gè)工件一次或多次迅速接觸，又迅速分開，形成斷續(xù)閃光（閃光預(yù)熱），然后轉(zhuǎn)入穩(wěn)定的連續(xù)閃光過(guò)程，直至頂鍛。我公司生產(chǎn)礦用鏈采用的是預(yù)熱閃光對(duì)焊的方法。采用預(yù)熱閃光對(duì)焊，減小了焊接設(shè)備的功率，減少了閃光燒化量，節(jié)省了材料。

2 礦用鏈的焊接設(shè)備

通常，Φ22礦用鏈焊接采用UNT-250閃光對(duì)焊機(jī)，焊機(jī)功率為250KW；Φ18礦用鏈焊接采用UNT-160閃光對(duì)焊機(jī)，焊機(jī)功率為160KW。設(shè)備主要由機(jī)械部分、電氣部分及控制部分組成。機(jī)械部分主要包括減速裝置、動(dòng)靜夾持器及傳動(dòng)裝置。電氣部分有焊接變壓器、大小導(dǎo)體及其連接導(dǎo)電系統(tǒng)。控制部分除實(shí)現(xiàn)基本焊接規(guī)定動(dòng)作的部分以外，主要還包括調(diào)整電氣與凸輪配合動(dòng)作時(shí)間先后的裝置，以實(shí)現(xiàn)合理的工藝參數(shù)。另外，一般的半自動(dòng)閃光對(duì)焊機(jī)都配有相應(yīng)的焊后去毛刺設(shè)備，對(duì)焊接后的焊口殘?jiān)M(jìn)行清理，以獲得光滑的焊接接頭。

我公司使用的UNT-160閃光對(duì)焊機(jī)，在設(shè)備原結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改造。原廠設(shè)備的焊接變壓器都設(shè)計(jì)在設(shè)備主體下部空腔內(nèi)，通過(guò)上下垂直的導(dǎo)電板與大導(dǎo)體相連接。在實(shí)際工作中，焊接過(guò)程中產(chǎn)生的飛濺、氧化皮及焊口去毛刺的殘?jiān)?jīng)常掉到變壓器上，不易清理，容易引起變壓器絕緣損壞、短路等電氣故障，且維修很不方便。我們的改造方法是，把變壓器移至設(shè)備后方，把連接導(dǎo)電板從大導(dǎo)體處向后方設(shè)置，再上下垂直用導(dǎo)電帶連接至變壓器，并制作單獨(dú)的防護(hù)罩（帶通氣窗）對(duì)變壓器進(jìn)行防護(hù)。這樣既方便了變壓器的維修，又保證了變壓器工作環(huán)境的清潔，實(shí)用效果非常好。

3 鏈環(huán)的焊接過(guò)程

在凸輪控制動(dòng)夾持器進(jìn)行軸向運(yùn)動(dòng)的半自動(dòng)閃光對(duì)焊機(jī)上，根據(jù)凸輪的幾個(gè)分區(qū)，可以把鏈環(huán)的閃光對(duì)焊過(guò)程分為四個(gè)階段，即預(yù)熱、閃光、頂鍛和保壓。根據(jù)礦用鏈規(guī)格的不同以及采用的材質(zhì)差異，根據(jù)閃光對(duì)焊的原理，保證以上幾個(gè)階段參數(shù)的合理，是保證焊接接頭質(zhì)量的前提條件。

在UNT系列對(duì)焊機(jī)上，鏈環(huán)開口側(cè)兩端分別由動(dòng)、靜夾持器強(qiáng)制固定，該過(guò)程的實(shí)現(xiàn)是由凸輪帶動(dòng)動(dòng)夾持器進(jìn)行軸向移動(dòng)來(lái)完成的。

預(yù)熱階段：鏈環(huán)焊接前兩端面呈V字形，且下端要碰口，以保證預(yù)熱階段焊口處于短路狀態(tài)，隨著凸輪升程加大，逐步提高焊口溫度，為閃光做準(zhǔn)備。

閃光過(guò)程：預(yù)熱結(jié)束后，靜夾具一端的飯凸輪方向作用力使焊口強(qiáng)制拉開，暫時(shí)形成斷路狀態(tài)。隨著凸輪升程逐步加大，焊口開始點(diǎn)接觸，根據(jù)閃光焊接原理，形成“過(guò)梁”，進(jìn)而激發(fā)“閃光”，去除了焊口的雜質(zhì)，端面形成液態(tài)金屬熔化層。

頂鍛和保壓階段：焊接端面形成液態(tài)金屬層后，迅速實(shí)施頂鍛力，把液態(tài)金屬擠出來(lái)，形成焊口。為保證頂鍛時(shí)的焊口溫度，頂鍛應(yīng)為有電頂鍛，即在實(shí)施迅速頂鍛后再斷開電極電源。為消除應(yīng)力，鞏固焊口，再加以2至3秒保壓，形成固定的接頭。

4 焊接工藝參數(shù)

閃光對(duì)焊的工藝參數(shù)理論上講，主要包括焊接電壓和電流、燒化速度和送進(jìn)速度、燒化留量、頂鍛留量、頂鍛速度及伸出長(zhǎng)度等。對(duì)焊機(jī)確定后，接頭電流是由電壓來(lái)確定的。改變焊接變壓器一次線圈抽頭接通的檔次，即可調(diào)節(jié)焊接電壓。根據(jù)我們的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，采用UNT系列閃光對(duì)焊機(jī)，在凸輪控制的半自動(dòng)系統(tǒng)下，通過(guò)對(duì)預(yù)熱電壓、閃光電壓以及頂鍛電流的合理控制，就可以把焊接過(guò)程實(shí)現(xiàn)好。因?yàn)殡妷罕砗碗娏鞅淼臄?shù)據(jù)在電控柜上顯示比較直觀，便于操作者觀察，再配以一定的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，即可把握。

4.1 預(yù)熱電壓

預(yù)熱的作用是加熱焊口，為閃光做準(zhǔn)備工作。根據(jù)凸輪預(yù)熱區(qū)域的長(zhǎng)短，設(shè)置合適的預(yù)熱電壓，根據(jù)對(duì)預(yù)熱焊口的觀察，可以保證預(yù)熱吸收熱量的合適程度。一般18*64系列礦用鏈采用UNT-160閃光對(duì)焊機(jī)焊接，預(yù)熱電壓在160V左右；22*86系列礦用鏈采用UNT-250閃光對(duì)焊機(jī)焊接，預(yù)熱電壓在150V左右。根據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn)，預(yù)熱電壓的高低可以通過(guò)觀察焊口在預(yù)熱過(guò)程中的溫度變化來(lái)掌握，一般焊口從V形口的底部開始發(fā)紅，然后在焊口端面上逐步擴(kuò)展到整個(gè)端面，且過(guò)程要均勻，在閃光拉車以前達(dá)到紅而不白的溫度較為合適。也可以從焊機(jī)的后面在導(dǎo)體之間進(jìn)行觀察，焊口的后側(cè)一般不發(fā)紅，即焊口的圓周不能完全發(fā)紅，一般達(dá)到焊口圓周的80%到90%。

4.2 閃光電壓

預(yù)熱完成后，兩焊口拉開，進(jìn)入閃光階段。隨著閃光時(shí)間的增加，工件焊口的溫度不斷上升。為了確保激發(fā)閃光，并保持閃光過(guò)程的連續(xù)和穩(wěn)定，閃光階段要有合適的電壓來(lái)保證。一般18*64系列礦用鏈采用UNT-160閃光對(duì)焊機(jī)焊接，閃光電壓在320V左右；22*86系列礦用鏈采用UNT-250閃光對(duì)焊機(jī)焊接，閃光電壓在270V左右。實(shí)現(xiàn)持續(xù)和強(qiáng)烈的閃光過(guò)程，凸輪的曲線必須合理，要滿足閃光過(guò)程的燒化量和進(jìn)給量的平衡，這是基本條件和前提。

4.3 頂鍛電流

頂鍛時(shí)，要注意觀察頂鍛電流。一般18*64系列礦用鏈采用UNT-160閃光對(duì)焊機(jī)焊接，頂鍛電流在300A到330A左右；22*86系列礦用鏈采用UNT-250閃光對(duì)焊機(jī)焊接，頂鍛電流在450A到500A左右。頂鍛階段的要點(diǎn)是有電頂鍛，但有電的時(shí)間要合適。如果停電晚，容易在焊口兩側(cè)、導(dǎo)體范圍之內(nèi)產(chǎn)生圓周分布的小裂紋；如果停電過(guò)早，則不易保證頂鍛前焊口的溫度，易產(chǎn)生雜質(zhì)，造成焊接不牢靠。

另外，有一些基礎(chǔ)的常識(shí)應(yīng)該掌握。

（1）伸出長(zhǎng)度要合適。一般兩導(dǎo)體之間的距離可以按照略大于礦用鏈直徑的原則來(lái)把握。例如，18*64礦用鏈的兩導(dǎo)體間距在20mm左右。

（2）凸輪各部分曲線的完好。特別是頂鍛部位，要保證陡立度，才能實(shí)現(xiàn)大的頂鍛速度。凸輪的頂鍛量，對(duì)于18*64礦用鏈來(lái)說(shuō)，一般不低于3mm。

（3）小導(dǎo)體的寬度在保證壓緊不變形的前提下，要盡量減小。導(dǎo)體表面必須經(jīng)常清理，保持干凈，以增強(qiáng)導(dǎo)電效果。否則，焊口和環(huán)背的分流將產(chǎn)生變化，影響焊口加熱。

（4）鏈環(huán)焊接過(guò)程中吸收的總熱量是一定的。預(yù)熱偏高時(shí)，閃光和頂鍛階段應(yīng)適當(dāng)降低；反之，則應(yīng)加大。但預(yù)熱在整個(gè)過(guò)程中的作用很重要，一般要盡量保證，即預(yù)熱可稍高，否則影響焊接質(zhì)量。

5 焊接質(zhì)量的控制

Φ22及以下礦用鏈，采用的是凸輪送進(jìn)機(jī)構(gòu)的半自動(dòng)閃光對(duì)焊機(jī)進(jìn)行接頭焊接，所以操作者的經(jīng)驗(yàn)對(duì)焊接質(zhì)量有著較大的影響。由于在生產(chǎn)過(guò)程中，電網(wǎng)電壓、導(dǎo)體導(dǎo)電情況及設(shè)備狀況都是動(dòng)態(tài)變化的，所以焊接工藝參數(shù)的調(diào)整必須及時(shí)跟上，以保障焊接質(zhì)量。調(diào)整的總原則是必須按照閃光對(duì)焊的焊接原理，給閃光對(duì)焊的過(guò)程創(chuàng)造合適的條件，以保證閃光過(guò)程的連續(xù)和強(qiáng)烈，尤其是閃光階段的后期，因其臨近頂鍛，對(duì)接頭的最后形成有著直接影響。根據(jù)筆者的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)經(jīng)常出現(xiàn)的焊接質(zhì)量缺陷，做好礦用鏈焊接質(zhì)量的過(guò)程控制，有以下幾方面的注意事項(xiàng)。

5.1 出現(xiàn)大的燒傷

一般表現(xiàn)為鏈環(huán)表面有橫向大裂紋，內(nèi)部熔化金屬溢出表面。這種現(xiàn)象的產(chǎn)生原因是，焊接電壓過(guò)低，閃光過(guò)程中有較長(zhǎng)時(shí)間的短路現(xiàn)象；頂鍛時(shí)斷電晚；鏈環(huán)焊前接口間隙大，燒化速度低而短路。要根據(jù)具體情況采取應(yīng)對(duì)措施。

5.2 出現(xiàn)小燒傷

一般表現(xiàn)為鏈環(huán)表面有小裂紋，內(nèi)部組織過(guò)熱、過(guò)燒。造成這些現(xiàn)象的原因有電頂鍛偏大；導(dǎo)體與工件接觸電阻過(guò)大，接觸面積過(guò)小；伸出長(zhǎng)度過(guò)小。要針對(duì)性的采取調(diào)整措施。

5.3 未焊透

一般表現(xiàn)為鏈環(huán)斷面有灰斑、縮孔、縮松、夾渣、封閉不良等。其原因是鏈環(huán)焊前接口間隙過(guò)大，總體焊口溫度低，造成閃光不足；頂鍛量小，或者頂鍛帶電少甚至不帶電頂鍛。

5.4 鏈環(huán)環(huán)背部嚴(yán)重氧化、燒裂，有時(shí)在圓弧內(nèi)側(cè)出現(xiàn)裂紋

其原因是焊接電壓高；伸出長(zhǎng)度過(guò)大，環(huán)背部分路過(guò)短造成。有時(shí)也與原材料的雜質(zhì)含量有一定的關(guān)系。

另外，在實(shí)際工作中，還經(jīng)常利用礦用鏈成品性能試驗(yàn)后的斷口鏈環(huán)進(jìn)行對(duì)焊接質(zhì)量進(jìn)行分析。通過(guò)對(duì)斷口顏色、形狀、組織的分析，確定焊接屬于燒傷還是未焊透，還是屬于熱處理的問(wèn)題，以采取正確的調(diào)整措施。

6 結(jié)語(yǔ)

總之，礦用鏈的焊接需要在焊接原理的基礎(chǔ)上，掌握一定的經(jīng)驗(yàn)。理論和實(shí)際相結(jié)合，始終圍繞焊接原理，才能保證焊接質(zhì)量的成功。

參考書目：

[1]張家口煤機(jī)技校焊接組[S].電阻焊教程，2011.

[2]焊接手冊(cè)[S].