淺談電動液壓鏟引導輪的修復技術

王祥

摘 要：本文主要介紹了鋅銦股份有限公司采礦車間主要設備電動液壓鏟9350的引導輪修復技術及工藝;通過對其材料的金屬結構、技術性能及材料的可焊性能的分析，找出修復過程中容易產生缺陷的原因及預防措施，提出較為合理的焊接工藝方案。

關鍵詞：可焊性;表面硬化;過渡層;冷裂紋

前言：華聯鋅銦公司采礦車間擁有三臺全進口電動液壓鏟，其中兩臺型號為R9250E，一臺型號為R9350E;是露天開采的主要設備。電動液壓鏟的特點：兼具一般的電動機械鏟和液壓挖掘機的優點，礦山生產中具有機動靈活，使用成本低廉等，設備先進，產裝效率高（電動液壓鏟年平均效率為3700m?/臺*班，且時常出現峰值超過4500m?/臺*班），能源成本相對于柴油較低等優點。本文主要針對型號為R9250E電動液壓鏟引導輪在修復過程中采取的焊接方法和焊接措施進行探討。

1.引導輪作用

引導輪是大型工程機械液壓電鏟行走系統中的一個重要部件。引導輪是用來引導履帶正確繞轉，防止其跑偏和越軌。多數的引導輪也同時起到了支重輪的作用。這樣可以增加履帶對地面的接觸面積，減小接地比壓。引導輪的輪面制成光面，中間有擋臂環作為導向作用，兩側的環面則支撐軌鏈。

2.缺陷情況及失效分析

2.1.引導輪的缺陷情況

引導輪是引導履帶正確的卷繞和起到之重的作用，同時引導輪利用張緊裝置使引導輪移動以調整履帶的張緊度，所以引導輪既是履帶的引導輪，又是張緊裝置中的張緊輪和承重輪。引導輪由于工作時間長，鏟裝重量和自身重量重，環境惡劣，造成引導輪表面磨損失效。

引導輪尺寸如圖2：

2.2.失效分析

電動液壓鏟在正常工作時工作重量為322.5噸，在長時間的工作過程中，引導輪不斷與履帶鏈產生摩擦; 同時由于礦山路面坑洼不平，氣候環境惡劣，承量大等因素，使引導輪表面磨損嚴重，造成引導輪產生裂紋。

3.引導輪材質介紹

引導輪是采用GS42CrMo4。GS42CrMo4屬于德國牌號，中國國標牌號為GB42CrMo（以下均采用國標牌號）。

1.材料的性能參數

GB42CrMo的化學成分如下表：

GB42CrMo的性能參數表如下表：

GB42CrMo的可焊性分析：42CrMo鋼系中碳調質高強度鋼，鋼的Ceq值高達0.893%，可焊性差。由于母材金屬中含碳量高，在焊接過程中，母材金屬的一部分要熔化到焊縫金屬中去，致使焊層金屬含碳量增高，焊縫凝固結晶時，結晶溫度區間大，偏析傾向以較大，加之含硫雜質和氣孔的影響，容易在焊層金屬中引起熱裂紋。特別是在收尾處，裂紋更為敏感。熱裂紋的特征是裂紋垂直于焊縫魚鱗狀波紋，呈現不明顯的鋸齒形，但也有沿焊縫金屬與基體金屬交界處發展產生。為了防止產生熱裂紋，要求采用低碳鋼焊絲，一般焊絲中含碳量在0.15%以下。

4.焊接材料的選擇

焊接材料的選配原則是焊縫金屬的合金成分與強度性能基本符合母材標準規定的下限值，或達到產品技術條件規定的最低性能指標，保證焊縫的強度，塑性，韌性等達到產品的技術要求，同時還應考慮抗裂性及焊接生產效力等因素。

引導輪裂紋修復及表面過渡層堆焊焊絲的選擇采用焊絲Postalloy3044-FCG是一種高強度，氣體保護藥芯焊絲，適用于全位置焊接裂紋敏感的碳鋼和合金鋼用。3044焊絲優點焊接成型美觀，飛濺小，塑性好;缺點焊接煙塵大。

Postalloy3044-FCG性能參數表：

引導輪表面硬化采用金屬粉芯氣體保護焊絲Postalloy2893-SPL是高硬度，可加工耐磨焊絲;可提供高抗壓強度和耐磨壽命將遠遠超過傳統的低合金和碳鋼。焊接缺點：焊接煙塵大，焊接飛濺大，成型差。硬度為：40—45HRC。

5.裂紋焊接工藝的選擇

1.開坡口：采用碳弧氣刨對引導輪裂紋進行清理，并通過碳弧氣刨開出單邊V形坡口，坡口角度為35°≤β≤60°。

2.焊接方式的選擇：對定位焊和正式焊接時均采用CO2氣體保護焊進行焊接。CO2氣體保護焊具有焊接成本低，生產效率高，焊接飛濺小，并可進行全位置焊接等優點。

3.焊前清理：施焊前，清理坡口及兩側10—20mm范圍內的鐵銹，熔渣，水跡等污物清除干凈;每一道焊完后都要及時清理，檢查清理合格后才能進行下一道的焊接。

4.焊前預熱：本次焊接的鋼材為42CrMo高強度鋼材，為了有效的防止42CrMo高強度鋼焊接冷裂紋的產生，預熱是非常有必要的。預熱可以減緩焊接接頭的冷卻速度，適當延長冷卻時間，從而減少或避免淬火組織，同時也有利于氫的逸出。預熱溫度為400°左右，預熱溫度的確定，主要與焊縫金屬中的擴散氫含量、坡口形式、母材化學成分、焊接構件的拘束度大小等因素有關。

5.定位焊接：定位焊接采用CO2氣體保護焊進行。焊接前將引導輪至于水平位置，使焊接位置處于橫焊狀態。定位焊前把焊縫平均分出四個點，分別對四個點進行固定，固定順序為A—B—C—D（如圖3）。固定焊縫第一道長度為100—150mm，焊縫厚度不大于正式焊縫厚度的1/2，每道焊縫比前一道焊縫前后短10mm左右，便于正式焊接時接頭和避免應力集中。焊后采用角磨機打磨薄第一道焊起始端，便于正式焊接是電弧擊穿焊縫實現單面焊雙面成型。

6.正式焊接：①焊接前把焊縫以固定焊點分為四個區域，焊接時由兩名員工同時從右向左對引導輪Ⅰ區，Ⅲ區對稱施焊。Ⅰ區，Ⅲ區焊接完畢后再對Ⅱ區，Ⅳ區對稱施焊。引導輪焊縫分區劃分如圖4所示。

②焊接過程中，利用氣動錘對焊縫及其鄰近區域進行錘擊，使金屬展開，能有效的減少焊縫金屬中的焊接殘余應力。多層焊時，第一層和最后一層不進行錘擊外，其余每層都必須進行錘擊。第一層不錘擊是為了避免產生根部裂紋;最后一層通常焊的很薄，主要是為了消除錘擊作業而產生的冷作硬化。

③對同一條焊縫同時施焊的兩名焊工焊接速度盡可能要保持一致。

④焊接過程中采用合理的焊接工藝參數，避免焊接缺陷的產生。如出現氣孔，裂紋等缺陷，應及時清除在進行焊接。

⑤每條焊縫要一次性連續焊接完成，如因固中途斷焊時，要即使采取防裂保溫措施。

6.引導輪表面堆焊

引導輪表面磨損嚴重，固采用堆焊的方法進行表面修復。堆焊是利用焊接方法進行強化機械零件表面的一種維修技術，利用這一技術可以改變零件表面的化學成分和組織結構，完善其性能，延長零件的使用壽命，具有重要的經濟價值。

堆焊引導輪注意事項：堆焊過程中如果操作不當，將會出現堆焊層與母材結合不牢固、表面掉肉各種問題，對應的解決措施有：

1.選擇合適的打底和過渡材料。

2.減少硬層厚度，或者選擇耐沖擊的焊接材料。

3.采取預熱、緩冷、中間回火、多次回火去殘余應力。

4.提高結合硬度，降低峰值工作應力。

5.改進焊接工藝，避免堆焊層硬度損失。

7. 焊后熱處理

將焊接工作完成的引導輪加熱到一定的溫度，保溫一定的時間使引導輪緩慢冷卻下來，以改善焊接接頭金相組織和性能或消除殘余應力的一種焊接熱處理工藝。焊后熱處理一般包括：加熱，保溫，冷卻上過程，這些過程相互銜接，不可間斷。焊后熱處理中要進行消氫處理，在焊接完成后，焊縫尚未冷卻至100℃以下時，進行低溫熱處理。一般規范為加熱到200—350℃，保溫2—6小時。焊后消氫處理的主要作用是加快焊縫及熱影響區中氫的逸出，對于防止低合金鋼焊接時產生焊接裂紋的效果極為顯著。

參考文獻：

[1]《焊工工藝與技能訓練》中國勞動社會保障出版社

[2]《電焊工》中國勞動出版社

[3]《焊工》中國勞動社會保障出版社

[4]《焊接手冊》中國機械工程學會焊接學會編

[5]《藥芯焊絲》北京冶金工業出版社

（云南華聯鋅銦股份有限公司，云南 文山663701）