抓煤機(jī)斗體與斗齒的焊接性分析及改進(jìn)

史大明

本鋼維檢中心 遼寧本溪 117000

板材發(fā)電廠儲(chǔ)煤車間的推土機(jī)、抓煤機(jī)在日常生產(chǎn)中得到大量的應(yīng)用，推土機(jī)底盤，抓煤機(jī)的斗齒（屬于高錳鋼）等經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)斷裂、磨損、裂紋等缺陷，影響正常生產(chǎn)。抓煤機(jī)斗齒的耐磨性主要在于它的硬化能力。高錳鋼中加入了適量的鉻、鈦、釩和稀土元素，改變?cè)薪饘俳M織，使其具有高韌性，高強(qiáng)度和良好的抗耐損性能。

1 高錳鋼的焊接性

目前國(guó)內(nèi)所使用的耐磨金屬材料大致分為三類，即奧氏體錳鋼，白口鑄鐵及低合金高強(qiáng)度耐磨鋼，高錳鑄鐵的耐磨性高，然而脆性較大，低合金強(qiáng)度硬度高，其韌性低，奧氏體錳鋼具有很高的沖擊韌度和優(yōu)質(zhì)的硬化加工能力，其表層硬度從布氏硬度170~230提高到布氏硬度500~800,具有良好的可塑性和抗沖擊耐磨能力[1]。

高錳鋼焊接性的性價(jià)比低，廣泛應(yīng)用于礦山、冶金、建材、鐵路和電力等部門的耐磨件上：如推土機(jī)底盤，抓煤機(jī)鏟齒，球磨機(jī)村板。鐵路道岔等。高錳鋼的元素組成大致為C0.9-1.5%、Mn10-15%、Si0. 3-1.0%、S≤0.05、P≤0. 01%

主要成分是碳和錳，錳元素的主要作用是使奧氏體組織穩(wěn)定，使Y相區(qū)在鋼中擴(kuò)大，從而耐磨性得到改善，當(dāng)含錳量一定，含碳量提高至1. 5%時(shí)，對(duì)耐磨性影響不大，但會(huì)降低材料的沖擊韌性，因此，采用低碳材料。

高錳鋼的焊接性較差，主要以下幾點(diǎn)原因：

（1）導(dǎo)熱能力低膨脹系數(shù)大，使焊接區(qū)有較大溫度梯度，產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力從而容易產(chǎn)生焊接裂紋。

（2）高錳鋼的組織是奧氏體，在緩慢冷卻到900-300°C或反復(fù)加熱時(shí)，在晶界析出碳化物，使材料塑性下降，脆性增大。

（3）高錳鋼在冷卻過(guò)程中不發(fā)生相變，但嚴(yán)重的晶體長(zhǎng)大也會(huì)影響韌性。

（4）有害元素硫、磷在冶煉過(guò)程中留存在高錳鋼中，增加了鋼材的熱裂傾向。

開(kāi)裂：再熱裂紋是由于焊接熱作，使母材近焊縫區(qū)處的低熔點(diǎn)共晶在高溫下被重新熔化，在拉力作用下的開(kāi)裂。

兩種裂紋都是沿奧氏體晶界開(kāi)裂的，雖然熱裂紋出現(xiàn)在焊縫或者出現(xiàn)在熄弧的弧坑處，再熱裂紋產(chǎn)生在母材的近縫區(qū)處，但是產(chǎn)生裂紋的原理大致相同。

預(yù)防措施：

（1）焊接時(shí)控制引起焊接裂紋可能性的熱應(yīng)力是相當(dāng)重要的，由于高錳鋼的膨脹系數(shù)很高并且熱導(dǎo)系數(shù)較低，焊接冷卻時(shí)補(bǔ)焊處會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力，因此焊接完成冷卻時(shí)需要用錘擊打焊補(bǔ)金屬，釋放焊接內(nèi)應(yīng)力。

（2）補(bǔ)焊時(shí)盡量采用較小的熱輸入避免母材重復(fù)受熱，可使反復(fù)受熱的不良影響減至最小。如果上述措施在生產(chǎn)過(guò)程中全部應(yīng)用并操作適當(dāng)，焊補(bǔ)區(qū)產(chǎn)生裂紋缺陷的幾率會(huì)大大降低的。

2 高錳鋼焊接技術(shù)的改進(jìn)方法及焊補(bǔ)的實(shí)施

2.1 提高含碳量

高猛沖擊韌性較高，高達(dá)294J/cm2，含碳量對(duì)沖擊韌性值影響較大，ak隨含碳量增加明顯下降，如圖1所示

圖1 沖擊韌物性隨含量碳量變化曲線

2.2 焊接選擇的材料

（1）采用手弧焊，根據(jù)木材種類選擇焊接材料，焊條選用Q235與ZGMn13的焊接。為防止焊接裂紋和保證焊縫的塑韌性，選用Cr-Ni奧氏體焊條，GBE309-15堆焊Q235側(cè)，D266焊條堆焊ZGMn13斗牙，然后再進(jìn)行斗牙與斗體的焊接[2]。

（2）焊前清理，首先將磨損的斗齒從斗體上切除，清理焊補(bǔ)處的泥垢，油污和氧化鐵皮，仔細(xì)檢查有無(wú)起層，裂紋，夾渣，氣孔和縮孔等缺陷，如有缺陷，必須用砂輪或炭弧氣刨護(hù)除，磨損的位置必須用角向磨光機(jī)磨去表面硬化層，因?yàn)橛不瘜拥慕饘僭谘a(bǔ)焊時(shí)很容易產(chǎn)生裂紋。

2.3 焊接工藝

（1）在安裝斗齒兩側(cè)及前方堆焊GB309-15焊條，焊前經(jīng)300-350℃高溫烘干1.5-2小時(shí)，焊接電流偏大，采用小的焊接速度以保證熔合區(qū)鎳含量大于5-6%，防止產(chǎn)生冷裂敏感度高的馬氏體。

（2）進(jìn)行定位焊，斗齒裝配到位后，用直徑為3.2mm的D266焊條進(jìn)行兩側(cè)對(duì)稱的定位焊，定位焊縫的長(zhǎng)度不得超過(guò)30mm，焊后立即水冷并錘擊。

（3）打底焊，用直徑為3.2mm的D266焊條進(jìn)行打底焊，采用小電流、直流反極性、短段斷續(xù)焊。每次停焊時(shí)應(yīng)及時(shí)水冷，層間溫度控制在60℃以下。

（4）底焊焊完后，改用直徑為4.0mm的D266焊條進(jìn)行斷續(xù)焊，焊接電流為165A左右，-根焊條分三次焊接完成，每次焊接完成時(shí)及時(shí)用水冷卻到60℃以下，并進(jìn)行錘擊，以消除焊接應(yīng)力與防止碳化物的析出，左右、前后焊縫每?jī)蓪舆M(jìn)行交替焊接，以保證焊縫的對(duì)稱性，直至焊腳達(dá)到16mm為止。

3 結(jié)論

綜上所述可以知道高猛鋼焊接時(shí)易產(chǎn)生的缺陷及防止方法，現(xiàn)從發(fā)電廠設(shè)備檢修實(shí)際出現(xiàn)的問(wèn)題作以上具體分析，經(jīng)過(guò)多次實(shí)踐，以上這些焊接工藝既保證了焊接質(zhì)量，提高了修復(fù)斗齒效率。降低了維修成本，并且修復(fù)后斗齒應(yīng)用效果很好，有一定的實(shí)用價(jià)值，我相信這些焊工藝方法在今后的實(shí)際工作中將得到更廣泛的應(yīng)用。