生產工藝對礦用圓環鏈質量的影響

楊文廣 張曉軍

（山西晉煤集團成莊礦，山西 晉城 048021）

礦用高強度圓環鏈是刮板輸送機上的牽引用鏈條，其質量和性能優劣將直接影響刮板輸送機的正常運轉，進而影響到煤礦安全生產進度。所以，國內外各煤炭企業對礦用高強度圓環鏈的質量及綜合性能要求很高，如何生產出優質的礦用高強度圓環鏈就成為了各制鏈企業的重要研究課題。

礦用高強度圓環鏈的主要制造工序為：下料→編鏈→閃光對焊→一次拉伸→熱處理→二次拉伸→拋丸→測長配對→浸漆→成品入庫。在整個生產過程中，各生產工序環環相扣，任何一道工序的短板都有可能影響到礦用高強度圓環鏈的成品質量與性能。本文通過對礦用高強度圓環鏈的生產工序逐個進行解析，分析各工序不同工藝對圓環鏈產品質量的影響。

1 礦用高強度圓環鏈質量要求

國標及歐標對礦用高強度圓環鏈的質量及性能要求主要包括三方面，即表面質量、工藝尺寸與力學性能。

1.1 表面質量與工藝尺寸

國標及歐標要求鏈環表面不能有目視可見的夾渣、燒傷、裂紋、凹陷等質量缺陷，同時要求主要尺寸如節距、內寬、外寬、直徑等必須滿足標準尺寸。

1.2 力學性能

首先，為滿足礦用高強度圓環鏈強度要求，高品質礦用高強度圓環鏈其破斷負荷必須大于等于標準規定的破斷負荷值；其次，為防止礦用高強度圓環鏈在使用過程中過早出現塑性變形影響使用，標準要求礦用高強度圓環鏈在試驗負荷下，試驗延伸率≤1.6%。礦用高強度圓環鏈在使用過程中經過鏈輪、溜槽接口時會受到多次小能量疲勞沖擊、振動，有可能造成疲勞破斷；礦用高強度圓環鏈在使用過程中遭遇驟然制動或卡拌時會承受較大的沖擊負荷。所以高品質礦用高強度圓環鏈除應滿足高強度要求外，還應滿足較高的韌性及抗疲勞沖擊性能。礦用高強度圓環鏈拉伸破斷時，其破斷伸長率必須≥12%。

2 影響圓環鏈表面質量及主要力學性能的工序

2.1 編鏈

當前礦用高強度圓環鏈的編鏈工藝可分為冷態編鏈與熱態編鏈。冷態編鏈因不需對棒料進行加熱，在將棒料威彎成鏈環過程中會產生較大的威彎抗力，過大的威彎抗力易損壞芯模等編鏈設備工裝，因而冷態編鏈常用于生產Φ22mm 以下小規格鏈條。生產Φ26mm 以上大規格礦用圓環鏈普遍采用熱態編鏈工藝，即需要在編鏈前將棒料加熱到一定溫度，以減小棒料編鏈過程中的威彎抗力。但熱態編鏈對棒料進行加熱的溫度須控制在Ac3 奧氏體化溫度之下，以免編后鏈環組織發生相變，影響后續閃光對焊工藝。無論是冷態編鏈還是熱態編鏈，編鏈時棒料在編鏈機工裝模具作用下，都會產生一定拉伸變形，且肩部變形最大。棒料被編成鏈環后，鏈環肩部由于拉伸變形直徑相應變小，其可以承受的最大破斷負荷也會隨之減小，該影響因素在熱態編鏈生產Φ42mm 及以上大規格礦用圓環鏈時尤為明顯。因而在生產大規格礦用圓環鏈時，對編鏈工序的溫度控制非常重要，溫度過低難以達到減小威彎抗力的作用，溫度過高除組織易發生相變外鏈環肩部高溫變形大，徑縮現象更為明顯。此外，編鏈過程中鏈環與編鏈機工裝模具觸碰產生的物理損傷及目視可見的凹陷，在影響其表面質量的同時也會導致鏈環疲勞強度下降。

編鏈時除棒料加熱溫度外，工藝尺寸對最終產品的性能也會產生重要影響。編后鏈環節距過大，會使焊接完成后鏈環節距與成品標準節距相差偏小，拉伸校正量會隨之減少。而拉伸校正量不足會伴隨產生鏈環拉伸強化不足，最終結果為圓環鏈試驗負荷伸長率超標，在鏈條使用中易出現強度“偏軟”的問題。反之，編鏈后鏈環節距過小，易使圓環鏈在拉伸校正時出現拉伸負荷及拉伸校正形變過大，鏈條直臂內凹，此時鏈條雖拉伸及破斷負荷較高，但形變過大的同時微觀組織位錯量增多以及成品鏈條內應力迅速增大，產品的沖擊韌性及使用壽命大幅降低，最終產品質量同樣不合格。

2.2 閃光對焊

閃光對焊是整個圓環鏈生產過程中最關鍵的工序，焊接質量的好壞直接決定了圓環鏈的性能。礦用圓環鏈普遍采用預熱閃光對焊，圓環鏈焊接工藝的科學選擇與調整除需滿足焊接端面有較好的熔融溫度外，鏈環端面與周圍熱影響區的溫度梯度同樣對焊接質量有較大影響。采用預熱閃光對焊時，通過對應材質、鏈環規格選擇科學的焊接電流、接觸/返回時間、預熱閃光次數、連續閃光燒化量等焊接工藝參數可使鏈環焊接端面與熱影響區同時達到預期溫度范圍，再配合調整適當的頂鍛速度與頂鍛量，即可得到鏈環理想的焊接質量。否則易導致：（1）焊接端面溫度過高，熱影響區溫度過高，焊后鏈環焊接端面及熱影響區高溫變形容易，易致使焊接端面頂鍛強度不夠，達不到鍛造的目的。此外，高溫焊接端面極易形成粗大的魏氏組織，即使經后續熱處理仍不能完全消除，為產品質量留下隱患；（2）焊接端面溫度高，熱影響區溫度低。焊接端面與熱影響區溫度梯度偏大，一方面會產生較大的焊接應力，焊后熱處理前的一次拉伸校正時鏈環易在熱影響區附近發生斷裂；另一方面會加速焊接端面向熱影響區溫度傳導，加快焊接端面降溫，焊后端面易形成貝氏組織，而不易形成較為理想的索氏體組織；（3）焊接端面溫度底，熱影響區溫度低。此時無法形成很好的焊接熔融面，焊后頂鍛會使原本極少量的塑性組織被擠出，致使倆焊接端面形成低溫剛性接觸，焊接質量較低。

2.3 熱處理

2.3.1 淬火

當前礦用高強度圓環鏈熱處理工序普遍采用連續式中頻感應加熱方式。相較于傳統熱傳導熱輻射加熱方式，使用中頻感應加熱，熱處理工件的升溫速度及冷卻速度更快，容易形成更細致均勻的微觀組織。然而，利用中頻感應原理對工件進行熱處理時，鏈環在加熱過程中存在電磁感應的趨膚效應以及鏈環肩部存在電磁感應的退磁性和臨近效應[1]，會使同一鏈環不同部位的加熱速度及最終淬火溫度存在較大差異。為了保證圓環鏈的淬火質量，當采用中頻感應熱處理時其表面不同部位淬火溫度較傳統熱處理高于Ac3 溫度，且同一鏈環肩部溫度會高于直臂溫度約60~90℃。有研究表明當鏈環頂部加熱溫度達到970~990℃時，可獲得最佳強韌性配合，淬火態組織為板條馬氏體組織，晶粒度級別為10級左右[2]。所以在淬火階段，表面溫度的控制至關重要。

2.3.2 回火

圓環鏈回火階段，如果回火溫度過低，則淬火組織轉變效果不明顯，同時淬火應力難以消除,鏈環焊接處如存在缺陷還易產生應力集中使其在使用早期發生焊口斷裂現象。同時回火溫度低對應鏈環的整體硬度會偏高,鏈環的直臂外側與輸送機的中板摩擦易產生裂紋,在煤礦井下腐蝕環境中，極易產生應力腐蝕或腐蝕疲勞斷裂。圓環鏈硬度偏高的同時韌性會大幅降低，同樣不利于產品質量。如回火溫度過高則鏈環的強度達不到標準要求。圓環鏈在使用中容易發生塑性伸長變形，且鏈環整體硬度偏低, 也易使鏈環肩部內側相互鉸接處及肩部外側與鏈輪接觸處抗磨損強度降低，影響產品使用壽命。

2.4 拉伸校正

現在的礦用高強度圓環鏈在生產過程中普遍進行兩次拉伸校正作業，第一次拉伸校正是在圓環鏈焊接完成后，第二次拉伸是在熱處理完成后。所以通過調整兩次拉伸校正的拉伸量，可以對形變強化的程度進行控制，通過與熱處理工藝的配合，就能達到合格的實驗負荷伸長率。二次拉伸鏈條拉伸負荷不足，實驗伸長率超標，此時可以降低一次拉伸的拉伸量，提高二次拉伸的拉伸量，從而提高鏈條拉伸負荷，達到降低鏈條實驗伸長率的目的。

2.5 拋丸

在礦用高強度圓環鏈生產過程中，拋丸不只用于去除氧化皮，還是一種表面強化工藝。對圓環鏈進行拋丸可以提高鏈環的表面殘余壓應力，表面壓應力的存在可以防止裂紋在受壓的鏈環表層萌生和擴展，延緩鏈條出現疲勞斷裂的情況，可顯著提高鏈條的疲勞強度。

3 結語

礦用高強度圓環鏈各生產工序都可能對最終的產品質量及力學性能造成影響，有的可以造成表面缺陷，有的可以降低力學性能，有的工序還可以對產品性能產生極大地提升，所以發掘出每個工序對圓環鏈產品的影響，對提高圓環鏈產品質量及性能有著很重要的意義。