截齒堆焊修復試驗報告
摘 要:通過對磨損的采煤機截齒材質焊接性分析,采用藥芯焊絲MAG焊和焊接工藝措施進行表面堆焊修復,焊后熱處理使截齒獲得良好的硬度、韌性和耐磨性等綜合性能,提高了截齒的使用壽命。
關鍵詞:截齒;磨損;堆焊;修復
引言
截齒是采煤過程中大量使用的易損件,齒體磨損是其主要失效形式之一,對磨損的齒體進行焊接修復,可提高截齒的使用壽命,創造客觀的經濟效益。采煤機工作環境十分惡劣,煤層中夾雜著大量煤矸石等雜質,截齒在高沖擊、高應力、高磨損條件下,在截肩處受到很大的彎矩和剪切力,所以截齒的齒體應具有一定的硬度、韌性和耐磨性。齒體的硬度一般為HRC35～45 ,硬度過大韌性低會造成脆性失效,反之易折彎、偏彎,鋼的耐磨性主要通過齒體材料成分和熱處理方法獲得。截齒的焊接修復過程是在齒體磨損面進行表面堆焊后機加工,再進行熱處理獲得成品。42CrMo鋼是截齒齒體常用材料,屬中碳調質耐熱鋼,其成分和機械性能見表1和表2。
表142CrMo鋼化學成分(質量分數%)
1、42CrMo鋼的焊接性
按IIW標準推薦,42CrMo碳當量值為0.80 ,焊接性較差。焊接時易在熱影響區產生硬而脆的馬氏體組織,造成開裂和脫落。
造成冷裂的原因: (1)含碳量高,合金元素鉻、鉬都提高了其淬硬性,在熱影響區有較大的淬硬傾向;(2)氫在焊縫中擴散來不及逸出在金屬內部聚集,產生較大應力。(3)由于焊件厚度厚,剛度大,強度等級高,產生的焊接拘束力大,并且焊接過程中的不均勻加熱和冷卻所引起熱應力和金屬的相變應力。所以焊接時需預熱、控制道間溫度和焊后熱處理等工藝措施,以降低熱影響區的冷卻速度,防止產生硬而脆的馬氏體組織,軟化淬硬部位,減小焊接應力,提高接頭的綜合機械性能。
2 焊接方法的確定
由于齒體的規格不大,主要是截肩部位磨損。堆焊時,不宜采用埋弧自動焊,埋弧焊適于大型工件環縫和平縫堆焊,焊條電弧焊熱輸入相對較大,熱影響區寬,氣體保護焊雖熱輸入小,短路過渡產生飛濺大。綜合考慮后采用富Ar活性氣體(80 %Ar + 20 %O2) 保護焊 (MAG)焊接,此方法能使短路過渡變為噴射過渡,電弧穩定,焊縫成形好,提高力學性能等優點。焊接電源為松下KRII - 350型CO2氣體保護焊接機,采用直流反接,可減少熱輸入,焊縫及熱影響區淬硬傾向減小,能有效減少冷裂紋的產生。
3 焊接材料的選擇
根據截齒的工作情況,以及42CrMo鋼強度等級高,經對比選用北京固本科技生產的的KB515藥芯焊絲,焊絲直徑 <= 1.2 mm。
4 焊接工藝
4.1 焊前準備
(1)焊前清理 清理焊接表面的油、銹等雜質,油用氧乙炔焰清理,銹用角磨機打磨,表面有疲勞裂紋的用角磨機完全清理掉,露出金屬光澤。
(2)焊前預熱 用氧乙炔焰擺動均勻加熱,用紅外線測溫儀測溫至250～350℃,并保持層間溫度300℃左右。
4.2 參數選擇第
1層和蓋面層采用小電流工藝參數,焊接過程中窄幅擺動,道與道間壓住1Π3～1Π2 ,且每層厚度不超過3 mm ,注意觀察層與層間的熔合程度,留出3mm的加工余量,焊接過程一次完成。參數選擇見表4。
表4堆焊工藝參數選擇
4.13機加工、探傷
堆焊結束冷卻后,按齒體規格進行銑削加工然后進行100 %超聲波探傷。
4.4 焊后熱處理
采用850℃淬火,然后進行500～600℃回火處理,在獲得一定硬度的同時又獲得有較好耐磨性能的回火馬氏體+回火貝氏體復相組織。焊后熱處理是鋼獲得綜合性能的主要途徑,材料在同類組織條件下,隨硬度升高,耐磨性明顯改善。
5 結語
(1)經過一段時間應用,截齒使用壽命明顯提高,更換次數減少,證實MAG焊可應用到小工件的堆焊焊補,提高生產率,創造很好的經濟效益。
(2)通過選擇合適的焊接材料和焊后熱處理等工藝措施,可提高截齒的硬度和耐磨性等綜合性能。
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