鄭喜平ZHENG Xi-ping；趙富軍ZHAO Fu-jun；郝平凱HAO Ping-kai；劉朝旭LIU Zhao-xu

（①林州重機(jī)集團(tuán)股份有限公司技術(shù)處，安陽 456550；②河南省科學(xué)技術(shù)信息研究院，鄭州 450003）

（①Technical Service Department of Linzhou Heavy Machinery Group Co.，Ltd.，Anyang 456550，China；②Henan Provincial Institute of Science&Technical Information，Zhengzhou 450003，China）

LJG315型掘進(jìn)機(jī)從動鏈輪焊接性能研究

鄭喜平①ZHENG Xi-ping；趙富軍①ZHAO Fu-jun；郝平凱①HAO Ping-kai；劉朝旭②LIU Zhao-xu

（①林州重機(jī)集團(tuán)股份有限公司技術(shù)處，安陽 456550；②河南省科學(xué)技術(shù)信息研究院，鄭州 450003）

（①Technical Service Department of Linzhou Heavy Machinery Group Co.，Ltd.，Anyang 456550，China；②Henan Provincial Institute of Science&Technical Information，Zhengzhou 450003，China）

LJG315型掘進(jìn)機(jī)從動鏈輪是由35CrMo鋼和27SiMn鋼焊接而成的，在220℃預(yù)熱的情況下，利用氣體保護(hù)對35CrMo鋼和27SiMn鋼進(jìn)行了焊接，觀察了焊接接頭的顯微組織并測量了硬度。經(jīng)生產(chǎn)驗(yàn)證，其焊接性能滿足了從動鏈輪的力學(xué)性能要求。

35CrMo鋼；27SiMn鋼；從動鏈輪；焊接性能

0 引言

煤礦巷道的快速掘進(jìn)是保證礦井高效穩(wěn)產(chǎn)的關(guān)鍵，快速掘進(jìn)又稱煤巷綜合機(jī)械化掘進(jìn)，其主要方式是懸臂式掘進(jìn)機(jī)與單體錨桿鉆機(jī)配套作業(yè)線，懸臂式掘進(jìn)機(jī)可以截割任意形狀斷面的井下巖石、煤或半煤巖巷道是一種集截割、裝運(yùn)、行走、操作等功能于一體的復(fù)雜機(jī)械設(shè)備林州重機(jī)集團(tuán)股份有限公司是國內(nèi)最大的民營煤礦機(jī)械生產(chǎn)企業(yè)，2011年在深圳交易所成功上市，公司生產(chǎn)的LJG315懸臂式掘進(jìn)機(jī)，爬坡能力±18°，履帶寬度600mm，性能穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)可靠，在國內(nèi)掘進(jìn)市場占有一席之地。本文的主要內(nèi)容是通過金相組織和硬度試驗(yàn)分析，研究LJG315懸臂式掘進(jìn)機(jī)從動鏈輪的焊接性能。

1 從動鏈輪的相關(guān)技術(shù)參數(shù)

鏈輪材質(zhì)35CrMo，重 12kg，輪廓尺寸 Ф170mm×95mm，如圖1（a）所示。熱處理要求調(diào)質(zhì)HB280～320，箱式爐加熱，工藝采用870±10℃油冷淬火，570±10℃回火，熱處理后機(jī)加工，機(jī)加工后鏈輪1（a）和鋼管1（b）進(jìn)行焊接，圖2是焊接之后的示意圖。

圖1 二維 CAD 圖（a）鏈輪，（b）鋼管

圖2 27SiMn鋼管和35CrMo鏈輪焊接圖

從動鏈輪中間的熱軋無縫鋼管材質(zhì)是27SiMn，重9.64kg，外徑 Ф102mm，內(nèi)徑 Ф75mm，長度 338mm，如圖 1（b）所示；熱處理要求調(diào)質(zhì)HB240～280，熱處理工藝為900±10℃水冷淬火，580±10℃回火。鏈輪和鋼管在調(diào)質(zhì)態(tài)進(jìn)行焊接，脆硬傾向較大。

2 母材焊接性能分析

2.1 35CrMo鋼焊接性能分析 35CrMo具有良好的塑性與韌性配合[1]，Cr、Mo等元素對焊接性能有重要影響，根據(jù)國際焊接學(xué)會（IIW）推薦的碳當(dāng)量計(jì)算公式，可計(jì)算35CrMo 碳當(dāng)量：Ceq=C+Mn·1/6+(Cr+Mo+V)·1/5+(Ni+Cu)·1/15(%)=0.72%。

Ceq＜0.40%時，焊接性能優(yōu)良，淬硬傾向不明顯；Ceq=0.40～0.60%時，焊接性尚可，但淬硬傾向增大；Ceq＞0.60%時，屬于較難焊接材料，可焊性很差。35CrMo鋼碳當(dāng)量Ceq=0.72%＞0.6%，含碳量及合金元素都比較高，液-固相區(qū)間較大，具有較大的裂紋傾向[2]。

2.2 27SiMn鋼焊接性能分析 27SiMn鋼水淬時仍有較高的韌性，兼且價格低廉，應(yīng)用廣泛。根據(jù)日本W(wǎng)ES推薦的碳當(dāng)量計(jì)算公式，27SiMn碳當(dāng)量：Ceq=C+Mn/6+Si/24+Cr/5=0.51%，可知該鋼焊接性能一般，要確保獲得良好的焊接質(zhì)量，必須采取合理的焊接工藝。

3 焊接材料的選擇及工藝參數(shù)

3.1 保護(hù)氣的選擇 保護(hù)氣的選擇對焊縫質(zhì)量影響很大，純Ar可提高焊縫質(zhì)量、減少氧化物夾雜及降低焊縫的含氧量，但焊縫成形不理想，電弧不穩(wěn)定。純CO2作保護(hù)氣體，熔滴呈非軸向過渡且飛濺較大，焊縫成形較差。綜合考慮，用80%Ar+20%CO2的混合氣體作為保護(hù)氣體為宜。

3.2 焊絲的選擇 焊絲的選擇也是影響焊接接頭質(zhì)量的關(guān)鍵。依據(jù)國標(biāo)GB/T8110《氣體保護(hù)電弧焊用碳鋼、低合金鋼焊絲》的相關(guān)內(nèi)容，選用ER50-6型，焊絲直徑為ф1.2mm 的碳鋼類焊絲，此類焊絲 бb＞500MPa，δ5＞22%，бs＞420MPa，這類碳鋼氬弧焊絲具有良好的抗裂性能。

3.3 電弧電壓的選擇 電弧電壓是焊接中的一個重要參數(shù)，電弧電壓與焊接電流有一個最佳的配合范圍，林州重機(jī)集團(tuán)股份有限公司鉚焊分廠使用的是時代逆變NB-500型電焊機(jī)，所選焊接電流為220～250A，弧焊電壓為21～25V。

4 試驗(yàn)結(jié)果分析與討論

4.1 焊接接頭的組織分析 利用DK77-25F線切割機(jī)床把試樣切開，然后打磨、拋光、腐蝕，用OLYMPUS GX51金相顯微鏡觀察顯微組織，下面以35CrMo鏈輪一側(cè)進(jìn)行分析。圖3（a）是焊縫中心區(qū)的顯微組織。從圖中可看出，該區(qū)域的顯微組織是針狀或塊狀鐵素體，其形成原因是：由于焊接速度極快，焊縫中心在高溫區(qū)間內(nèi)停留時間短，奧氏體中碳元素不能長期穩(wěn)定擴(kuò)散，隨著溫度的快速降低，其擴(kuò)散過程沒有完成，在鐵素體基體中得以保存下來[3～4]。

圖3（b）是熔合區(qū)顯微組織。從圖中可看出，該區(qū)域顯微組織是馬氏體+粒狀貝氏體，靠近焊縫一側(cè)主要是粒狀貝氏體，鐵素體較少；靠近母材一側(cè)是板條馬氏體+針狀馬氏體+少量鐵素體，從圖中可明顯看出隆起的晶粒晶界，說明此處溫度過高，奧氏體晶粒明顯長大。

圖3 不同區(qū)域的顯微組織（200×）（a）焊縫區(qū)，（b）熔化區(qū)

圖 4（a）、圖 4（b）分別是過熱影響區(qū)、完全淬火區(qū)的顯微組織。圖4（a）和圖3（b）右半部分相似，晶粒的晶界明顯隆起，晶粒已經(jīng)明顯長大，該區(qū)組織主要是板條馬氏體和針狀馬氏體，同時并有少量下貝氏體。從圖4（b）中可看出，該區(qū)域的母材距離焊縫中心距離適中，接受焊縫中心的熱量把自身加熱到Ac3溫度以上，這和正常的淬火溫度基本一致；其顯微組織由馬氏體+少量粒狀貝氏體組成。

圖4 不同區(qū)域的顯微組織（200×）（a）過熱區(qū)，（b）完全淬火區(qū)

4.2 焊接接頭的硬度分析 在焊縫的中心位置確定一點(diǎn)，開始測量維氏硬度值，然后以此為基準(zhǔn)點(diǎn)，同時向焊縫左右兩邊直線延伸，每隔0.5mm測量一系列的硬度值，直至焊縫及母材部分被完全覆蓋為止，共測量21個點(diǎn)。圖5是所繪制的硬度曲線圖，整個焊接接頭的硬度呈現(xiàn)波浪分布，出現(xiàn)三個硬度峰值；中間的硬度峰值出現(xiàn)在焊縫中心，最高硬度是356HV。隨著距焊縫中心距離的增加，硬度稍微下降是隨之又升高，其中35CrMo側(cè)硬度值達(dá)到最高峰值411HV，27SiMn側(cè)硬度達(dá)到極大峰值356HV，然后逐漸下降，兩側(cè)的硬度峰值距離焊縫中心的大致相等。

圖5 硬度曲線

5 結(jié)論

①35CrMo鋼和27SiMn鋼在氣體保護(hù)下焊接，其焊縫中心組織是粒狀貝氏體+塊狀鐵素體，硬度值從焊縫中心向外呈現(xiàn)波浪線分布，出現(xiàn)三個硬度峰值。

②經(jīng)實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證，35CrMo鋼和27SiMn鋼二者在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下焊接，采用220℃預(yù)熱時，其焊接具有較高的硬度，能滿足LJG315型掘進(jìn)機(jī)對從動鏈輪的技術(shù)要求。

[1]印波，邱望標(biāo).27SiMn焊接工藝的研究[J].機(jī)械制造技，2010，37（11）：1-3.

[2]張永革，晉兵營，馮娜娜.不等厚35CrMo鋼耐磨板焊接工藝措施[J].熱加工工藝，2010：39（1）：121-123.

[3]倪艷.調(diào)質(zhì)狀態(tài)下35CrMo鋼的焊接[J].制造技術(shù)與機(jī)床，2005（2）：1-2.

[4]崔忠析，劉北興編.金屬學(xué)與熱處理原理[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2004.

Study on the Weldability of the Driven Sprocket of LJG315 Heading Machine

LJG315 roadheader driven sprocket is welded by 35CrMo and 27SiMn steel.With mixed gas protection and 220℃preheated,35CrMo steel and 27SiMn steel were welded.The microstructure of welded joints was observed and the hardness was tested.The production showed that the welded joints can meet the requirements of mechanical properties of driven sprocket.

35CrMo steel；27SiMn steel；driven sprocket；welding performance

鄭喜平（1978-），男，河南滑縣人，碩士研究生，工程師，研究方向?yàn)闄C(jī)械制造和金屬材料，曾經(jīng)發(fā)表二十余篇論文及三十余項(xiàng)專利。

U455.3+1；TG407

A

1006-4311（2014）15-0042-02