一種礦用鏈輪焊接修復方法的探究

白凱

摘要：針對礦用鏈式輸送機、轉載機鏈輪易磨損，采用傳統的堆焊修復工藝有熱輸入量大，焊接飛濺大，焊后加工余量大等缺陷，現探究采用CMT焊接技術對鏈輪磨損部位進行堆焊修復，由于CMT焊接具有熱輸入小、飛濺小、焊接速度快的特點，在堆焊修復鏈輪時對基體材料強度影響小，工作環境得到改善，提高了工作效率。

關鍵詞：礦用鏈輪;焊接;修復

Abstract： The chain wheel of mine chain conveyor and transfer machine is easy to wear. The traditional surfacing repair process has defects such as large heat input， large welding spatter and large machining allowance after welding. This paper explores the application of CMT welding technology to repair the worn parts of chain wheel. Because CMT welding has the characteristics of small heat input， small spatter and fast welding speed， it has little influence on the strength of base material when repairing sprocket wheel by surfacing welding， the working environment is improved and the working efficiency is improved.

1? 傳統鏈輪堆焊修復方法存在的問題

鏈輪運行時承受高速、重載、振動、沖擊、摩擦、推拉力等載荷，工作環境惡劣，時刻處于粉塵、水汽以及有害氣體的包圍之中，潤滑條件差。在工作中還要承受整個設備的最大扭矩，承受刮板及刮板鏈的脈動載荷與附加載荷。當鏈輪鏈窩磨損量達到一定程度時（見圖1），會發生跳齒、牙形變形等，這是就需要將設備升井修復或者更換鏈輪組件。

傳統的修復方法是采用堆焊焊條對鏈窩磨損處進行堆焊修復（見圖2），堆焊完成后再進行機加工完成鏈輪修復（見圖3）。這樣的傳統修復方法存在一些不足，首先采用手工堆焊時熱輸入量大，導致鏈輪基體材料強度下降，堆焊耐磨層微觀金相組織晶粒粗大，焊接時煙塵、飛濺較大，導致勞動環境差，易產生夾渣等缺陷，由于是手工操作，為保證堆焊完成后有加工余量，堆焊層余量一般較大，造成了材料浪費同時也給后續機加工帶來了不便。

2? CMT焊接修復鏈輪的探究

2.1 CMT焊接特點

CMT（冷金屬過渡）焊接是一種全新的MIG/MAG焊接工藝，是Cold Metal Transfer的縮寫，由于其相比較傳統的MIG/MAG焊熱輸入量低，因此命名為Cold。普通的短路過渡是電弧將焊絲和母材熔化形成熔池，熔滴進入熔池時焊絲通過熔滴與熔池“短路連接”，電流增大使熔滴爆斷，實現熔滴過渡，伴有大量的熱輸入與飛濺。焊接過程中最主要的熱量來源為電弧，CMT焊接技術是當熔滴滴入熔池中形成短路時，焊接電路電流驟降，同時焊絲停止送絲并回抽，熔滴與焊絲分離在重力作用下自動進入熔池，熔滴從焊絲上滴落了之后，控制系統再次提高焊接電流，并進一步將焊絲向前送出，重新產生焊接電弧，開始新一輪的焊接過程。這種“冷-熱”之間的交替縮短了電弧熱輸入的時間，減少了熱輸入量，同時大大減少了焊接飛濺，能較好的控制熔滴參數，得到更好的焊接成型。

2.2 CMT焊接修復鏈輪試驗

本次試驗的鏈輪為材料為42CrMo，這種材料強度好、淬透性高，韌性好、淬火后變形小，高溫下材料強度衰減不明顯，是一種理想的鏈輪制造材料，在淬火處理后硬度可以達到60HRC。其化學成分見表1。

本次試驗焊接設備采用TransPuls Synergic 4000 CMT焊機，在磨損后的鏈輪上堆焊耐磨層，鏈輪材料為40CrMo，焊絲采用藥芯耐磨焊絲。由于42CrMo鋼的化學成分可知其是一種高合金鋼，焊前需要進行預熱。按照國際焊接協會推薦的碳當量計算公式計算，42CrMo鋼的碳當量CE=0.76，需要進行預熱。試驗件在臺車爐預熱1.5h后開始堆焊耐磨層，預熱溫度為220℃，3層堆焊層完成焊接后送入加熱爐隨爐冷卻4h，共進行3組試驗，焊接完成后用線切割垂直于堆焊層切割牙形，對試樣進行硬度和抗剪強度進行檢測，工藝試驗參數見表2。

由于42CrMo鋼的化學成分可知其是一種高合金鋼，焊前需要進行預熱。按照國際焊接協會推薦的碳當量計算公式計算，42CrMo鋼的碳當量CE=0.76，需要其因為CMT焊機電源控制系統的調節特性，其焊接參數主要與焊接速度相匹配，本次試驗主要探究焊接速度對堆焊層硬度的影響。測試點起始位置選在熔合線附近，分別向木材基體和堆焊層進行硬度測試，測試點相距1mm。如圖4所示，在熔合線以下距離-5mm到-3mm處，試樣硬度基本與母材硬度一致保持不變，在-3mm到-2mm區域內，硬度緩慢上升，在-2mm到1mm區域內硬度快速提高，在1mm至5mm區域內堆焊層金屬硬度趨于穩定在，由檢測結果可知堆焊層硬度明顯高于母材，預計可以明顯提高鏈輪的耐磨性，提高鏈輪的工作壽命。

42CrMo母材抗剪強度約為680MPa，由圖5試樣抗剪強度檢測結果可知，當剪切面位置從母材區域向堆焊層移動時，其截面的抗剪強度均高于母材自身的剪切強度（≤680MPa），這意味著堆焊層與母材之間結合良好，所以在非重度磨損情況下，鏈窩工作表面的堆焊金屬能穩定維持在較高的硬度水平，且堆焊層不易剝落，可延緩鏈輪失效。

3? 結語

本文介紹的鏈輪堆焊修復方法，焊接過程煙塵小、改善了勞動環境。熱輸入小，堆焊層硬度高，母材強度基本不受影響。堆焊層與母材結合牢固，可有效提高鏈輪堆焊修復質量和使用壽命，改善了原有修復方法的缺陷。

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