采煤機行走箱的修復焊接工藝

□ 李 超

常熟天地煤機裝備有限公司 江蘇常熟 215500

1 采煤機行走箱情況

采煤機行走箱的修理再利用一直是個難題,不同工況下的變形、磨損程度和部位都不完全相同。筆者通過對幾十件不同型號采煤機行走箱的修理,掌握了一些修理規律和方法。本文重點對采煤機行走箱的修復焊接工藝進行介紹,某型號待修采煤機行走箱正面和側面結構如圖1所示。

▲圖1 采煤機行走箱結構

2 材料參數

采煤機行走箱采用鑄造毛坯,材料為ZG35CrMo,化學成分見表1。

由表1數據可見,ZG35CrMo材料的碳當量約為0.70%,焊接性不良,焊接時硬化傾向較大,熱影響區熱裂和冷裂傾向也較大,屬于難焊接材料。通過對采煤機行走箱的硬度進行測試,其布氏硬度(HBS)為242～266。由于采煤機行走箱修理后仍要投入生產,無法進行破壞性試驗,因此只能通過硬度測試間接得到抗拉強度約為797 MPa。

母材碳當量和抗拉強度值都較高,所以在后續焊接工藝設定時要考慮選取合適的焊接材料,進行焊前預熱和焊后緩冷處理。

表1 采煤機行走箱材料化學成分

3 焊材

焊絲選用TWE-711型,直徑為1.2 mm,其化學成分見表2。

表2 焊絲化學成分

焊絲力學性能見表3。

表3 焊絲力學性能

4 焊前準備

對采煤機行走箱進行整體表面清理噴丸,清除煤灰、氧化皮等污染物,用氧乙炔焰炙烤去除油污、水分,清理前后對比如圖2所示。由專業檢驗人員詳細測量采煤機行走箱各個部位,通過測量確定尺寸不符合要求的部位。對因斷裂、破損等缺失的部位進行測繪,為后續制訂修復方案和精確加工做好充分準備。

▲圖2 采煤機行走箱清理前后

采煤機行走箱長期在開放環境下工作,為了在后續補焊過程中減少和避免因焊接未熔合而產生氣孔等缺陷,用銑鏜機床去除變形超差的平面、圓孔等,如圖3所示。同時去除0.50 mm左右金屬疲勞層,并用角磨機打磨材料,使材料露出金屬光澤。

為防止熱處理淬硬組織和冷裂紋產生,焊前進行整體預熱,預熱溫度為200～300 ℃。焊接時,除施焊區外全部用石棉包覆保溫,由紅外線測溫儀監測溫度。考慮到采煤機行走箱尺寸較大,焊接時間長,焊接后期可以采用氧乙炔焰在焊接部位周圍60 mm范圍內補充預熱。

▲圖3 銑鏜機床

5 焊接參數

使用NB-630型晶閘管二氧化碳氣體保護焊機,保護氣體選用80%氬氣+20%二氧化碳混合氣體。施焊過程中,為防止焊接變形,要嚴格控制焊接熱輸入,選取較低焊接電流、電弧電壓,控制合適的保護氣流。焊接參數見表4。焊接過程中,應盡可能保持平焊位置。焊后仍采用石棉覆蓋保溫緩冷。對于焊接參數的確定,優先保證焊接質量,同時最大限度減小焊接過程中采煤機行走箱所產生的應力,并減小變形。

6 焊后處理

焊接后去應力。根據焊接量大小,去應力一般分為熱處理去應力和振動時效去應力兩種方法。

熱處理去應力利用材料在高溫下屈服點降低和蠕變現象來達到松馳焊接殘余應力的目的,同時可以改善焊接性能,適用于焊接量較大的工況。熱處理時,加熱速度不大于120 ℃/h,加熱溫度在550～600 ℃范圍內,保溫時間為2～2.5 h,隨爐緩冷至200 ℃,空冷至室溫。

振動時效去應力時,時間為1.5～2 h,使采煤機行走箱產生塑性變形,減小或均勻化殘余應力,同時保持尺寸精度。振動時效可以保證非修復面不被氧化,且不產生變形,適用于焊接量較小的工況。

表4 焊接參數

7 工藝控制要點

(1) 焊接時要求采煤機行走箱各個焊接部位均在水平位置進行平焊,盡量避免立焊、橫焊等,最大程度保證焊接質量。

(2) 對于采煤機行走箱較大孔的焊接,采用沿圓周順序施焊,小孔按母線方向焊接。

(3) 滿足各堆焊層間性能的均勻性,各堆焊層的焊道位置相互錯開1/2焊道寬度。

(4) 采煤機行走箱各孔止口處要堆焊一周,防止因咬邊造成后續機加工出現質量問題。

(5) 焊接后使用超聲探傷、磁粉探傷兩種方法對焊接部位探傷檢查,發現內部缺陷,用角磨機磨開或銑開,重新補焊至探傷無缺陷。

(6) 采煤機行走箱機加工過程中,半精加工后進行一次振動時效,以更好地釋放焊接應力和切削加工應力。

8 結束語

采用所介紹的工藝修復的采煤機行走箱,已在煤礦投入使用,能夠滿足生產和質量要求,解決了長期困擾煤礦企業的采煤機大型殼體配件價格昂貴、生產周期長的問題。修復采煤機行走箱與采購新零部件相比,價格低、周期短,可以大幅度降低煤礦企業生產成本,同時為采煤機制造企業拓寬了市場。