輸送機(jī)中部槽再制造修復(fù)用耐磨堆焊藥芯焊絲的研制與應(yīng)用

曹成銘，郝傳海，王書存，喬飛，尹楠楠

1.山東能源重裝集團(tuán)恒圖科技有限公司 山東泰安 271222

2.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 江蘇徐州 221116

3.山東理工職業(yè)學(xué)院 山東濟(jì)寧 272067

1 序言

磨損是煤礦綜合采煤裝備關(guān)鍵零部件的主要失效形式之一[1，2]。僅刮板輸送機(jī)中部槽，每年因磨損造成的經(jīng)濟(jì)損失初步估算價(jià)值上億元。中部槽常見磨損位置主要在中板、槽幫等，磨損深度從10~80mm不等，如果直接報(bào)廢處理，會(huì)造成重大資源損失，若能對(duì)其進(jìn)行再制造修復(fù)，將極大地延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，并為煤礦減少設(shè)備投資[3-6]。

堆焊作為方便快捷的表面再制造修復(fù)方法，可以對(duì)磨損件進(jìn)行再制造修復(fù)，對(duì)恢復(fù)尺寸，延長(zhǎng)設(shè)備的使用年限，提高資源利用率，具有廣泛的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)意義。藥芯焊絲氣體保護(hù)堆焊（包括自動(dòng)化）具有勞動(dòng)強(qiáng)度低、生產(chǎn)效率高的優(yōu)勢(shì)，因此在堆焊修復(fù)領(lǐng)域，對(duì)藥芯焊絲的應(yīng)用越來越大[7，8]。

2 焊絲設(shè)計(jì)

考慮堆焊基材為高強(qiáng)度耐磨鋼板，如NM360鋼、NM400鋼、NM450鋼及NM500鋼等。根據(jù)磨損程度，堆焊層厚度一般＞10mm，且具有較高硬度（大于耐磨板基材硬度，為50~60HRC）。為此采用C-Cr-Mo系合金設(shè)計(jì)該耐磨藥芯焊絲。C能提高焊縫金屬?gòu)?qiáng)度及硬度，但過高會(huì)造成焊縫開裂，因此wC設(shè)計(jì)為0.5%~0.7%；Si和Mn均可提高焊縫金屬的抗拉強(qiáng)度，但對(duì)韌性的影響比較復(fù)雜；Cr能提高焊縫金屬?gòu)?qiáng)度及耐蝕性，wCr設(shè)計(jì)為5%~8%；Mo能提高淬透性，提高焊絲熔覆金屬的強(qiáng)度、硬度，細(xì)化晶粒，防止回火脆性和過熱傾向，wMo設(shè)計(jì)為0.5%~1.0%。

藥芯焊絲設(shè)計(jì)為金屬粉芯型，藥粉主要以金屬粉為主，礦石粉較少，設(shè)計(jì)為一定比例的造渣劑，主要為金紅石、長(zhǎng)石、螢石等，含量設(shè)計(jì)為10%~20%。穩(wěn)弧劑主要為碳酸鉀、氟硅酸鈉、氟化鈉等，含量設(shè)計(jì)為2%~5%。

3 NM400鋼化學(xué)成分及焊接性分析

表1、表2分別為某國(guó)內(nèi)鋼廠專為煤礦機(jī)械、工程機(jī)械開發(fā)的高強(qiáng)度耐磨鋼NM400的化學(xué)成分實(shí)測(cè)值及力學(xué)性能實(shí)測(cè)值。

表1 NM400鋼板主要化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）（%）

表2 NM400鋼板力學(xué)性能

耐磨鋼在焊接過程中一般都存在較大的淬硬傾向，且與鋼材強(qiáng)度級(jí)別成正比關(guān)系。NM400耐磨鋼在堆焊時(shí)具有冷熱裂紋傾向、淬硬傾向、氫致裂紋的敏感性強(qiáng)等特點(diǎn)。碳當(dāng)量作為評(píng)定焊接焊縫裂紋傾向的方法，以此判別鋼對(duì)各種裂紋的敏感性，按照碳當(dāng)量經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，NM400鋼的碳當(dāng)量為0.512%，略高于標(biāo)準(zhǔn)值0.45%，因此焊接時(shí)會(huì)有淬硬傾向。為防止或減少焊接裂紋的產(chǎn)生，焊前需進(jìn)行預(yù)熱處理，焊后及時(shí)進(jìn)行熱處理以消除焊接應(yīng)力。另外，焊接過程中應(yīng)盡量保持低氫條件。

4 試驗(yàn)方法

采用自制的φ1.6m m耐磨藥芯焊絲及焊接機(jī)器人工作站，在200mm×100mm×30mm尺寸的N M400鋼試板單面多層堆焊≥10m m的堆焊層，堆焊參數(shù)見表3。首先，待自然冷卻后，將堆焊層打磨成平面后，采用THR-150DT型數(shù)顯洛式硬度計(jì)對(duì)熔覆層進(jìn)行硬度檢測(cè)，采用MiniLab 300型火化式直讀光譜儀進(jìn)行堆焊層化學(xué)成分檢測(cè)；然后，利用線切割和機(jī)加工，將熔覆試塊制成20mm×20mm×10mm的試樣，同時(shí)取同樣尺寸的NM400鋼試樣，對(duì)表面進(jìn)行打磨、拋光及超聲波清洗后，用分析天平稱重。隨后采用MPX-3X型摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行耐磨性試驗(yàn)，摩擦副為φ6mm的氧化鋁陶瓷球，試驗(yàn)載荷為200N，轉(zhuǎn)速為20r/min，時(shí)間為2h。將磨損后的試樣用超聲波清洗去除磨屑，再用天平稱重，對(duì)比研制的耐磨藥芯焊絲熔覆層及NM400鋼的磨損量。

表3 堆焊參數(shù)

5 結(jié)果分析

（1）成形及熔覆層化學(xué)成分 經(jīng)試驗(yàn)，研制的耐磨焊絲在堆焊過程中，送絲流暢，熔覆成形較好、飛濺小。堆焊層化學(xué)成分見表4，符合設(shè)計(jì)要求。

表4 堆焊層化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

（2）熔覆層硬度及耐磨性 研制的耐磨焊絲堆焊層硬度及耐磨性測(cè)試結(jié)果見表5。從表中可以看出，研制的耐磨焊絲硬度為母材NM400鋼的1.3倍，耐磨性是母材1.65倍，表現(xiàn)出優(yōu)異的力學(xué)性能。

表5 堆焊耐磨層的硬度及耐磨性

6 結(jié)束語(yǔ)

本文研制的C-Cr-Mo系氣體保護(hù)金屬粉芯型耐磨堆焊藥芯焊絲，在NM400高強(qiáng)度耐磨鋼上堆焊時(shí)具有良好的焊接性，堆焊多層無裂紋，具有成形美觀、飛濺小、煙塵低等優(yōu)點(diǎn)，平均硬度達(dá)到56.8HRC，是原耐磨鋼板硬度的1.3倍，焊絲各項(xiàng)性能優(yōu)良，可用于中部槽再制造修復(fù)。