張彩霞

摘要：針對煤礦井下綜采設(shè)備輸送機(jī)順槽中板的磨損問題，開展了磨鋼中板的表面堆焊技術(shù)研究及應(yīng)用。采用明弧自動自保護(hù)堆焊工藝，新型金屬粉型耐磨焊絲，運(yùn)用及時冷卻工藝，在高強(qiáng)耐磨鋼上進(jìn)行了堆焊工藝試驗(yàn);同時還進(jìn)行了四槍堆焊專機(jī)的工藝調(diào)試及冷卻工裝的設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)表明冷堆焊工藝有效降低了軟化區(qū)域，解決了高強(qiáng)耐磨耐磨鋼堆焊難點(diǎn);新型高碳高鉻藥芯焊絲提高了刮板機(jī)極易磨損部位的耐磨性;專機(jī)及冷卻工裝，使堆焊技術(shù)快速在刮板輸送機(jī)順槽中板上得到了應(yīng)用，降低了生產(chǎn)成本。

Abstract： To deal with the wear failure of coal conveying equipment scraper conveyor crossheading medium plate， the study on increasing material technology of scraper conveyor high strength-wear resistant steel with surfacing process was prepared. By using the open arc automatic self-protection surfacing process， the surfacing welding on the high strength-wear resistant steel were made with high-carbon-and-high-chrom iumflux-cored wire. The equipment debugging of surfacing special machine and the design of cooling frock were made also. The tests indicated that cold surfacing welding process reduced the soften region， solved the surfacing problem of high strength-wear resistant steel; High-carbon-and-high-chromium flux-cored wire improved the wear-resistance， enhanced the application effect of high strength-wear resistant steel on scraper conveyor; Special machine and cooling frock improved wearability of the scraper conveyer worn position seriously and reduced the cost.

關(guān)鍵詞：高強(qiáng)耐磨鋼;金屬粉型耐磨焊絲;四搶堆焊專機(jī);冷卻工藝

Key words： high strength-wear resistant steel;high-carbon-and-high-chromium flux-cored wire;special surfacing machine; cooling frock

中圖分類號：TD528? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）02-0129-03

0? 引言

煤礦機(jī)械刮板輸送機(jī)是現(xiàn)代化采煤工藝中不可缺少的主要設(shè)備，擔(dān)負(fù)著煤礦井下繁重的運(yùn)輸任務(wù)，工作條件惡劣，全國報(bào)廢的刮板運(yùn)輸機(jī)達(dá)到近20萬噸。輸送機(jī)經(jīng)常磨損失效的順槽產(chǎn)品包括中部槽及轉(zhuǎn)載機(jī)各槽體，絕大多數(shù)是在高速、重載、沖擊、振動、摩擦和介質(zhì)腐蝕的工況條件下工作，主要磨損失效部位是中、底板，經(jīng)常出現(xiàn)磨薄甚至磨漏情況。為了提高產(chǎn)品耐磨性，保證整套設(shè)備的使用壽命，局部堆焊是最有效、操作最簡單的方式。刮板輸送機(jī)順槽的中、底板材質(zhì)大多采用高強(qiáng)耐磨鋼[1-2]，所以研究高強(qiáng)耐磨鋼上堆焊技術(shù)非常必要。實(shí)踐證明合金粉塊堆焊、等離子堆焊等方法存在各種弊端，合金粉塊堆焊不易操作、勞動強(qiáng)度大;等離子熔覆、激光熔覆等表面技術(shù)[3]成本高、對工件表面要求嚴(yán)格。所以本文采用了明弧自動自保護(hù)堆焊工藝。

1? 試驗(yàn)過程

堆焊是指借用一定的熱源手段將具有一定使用性能的合金材料熔覆在母材材料的表面，以賦予母材特殊使用性能或使零件恢復(fù)原有形狀尺寸的工藝方法。目前，堆焊是一種很成熟的手段與方法，但是高強(qiáng)耐磨鋼屬于低溫回火馬氏體鋼，以此為基體的堆焊沒有進(jìn)行過深入的研究。

1.1 材料選擇

長期以來，抗磨損增材工藝，我們采用的是焊條堆焊、粉塊堆焊、藥芯焊絲堆焊，所用堆焊材料為D256、Fe-05、PK-YZ5、XGG9705。D256、Fe-05需手工操作、勞動強(qiáng)度大、有損身體健康;合金粉末價格高、成本高;普遍采用的PK-YZ5、XGG9705為馬氏體堆焊合金，屬于中高碳低合金鋼堆焊藥芯焊絲，主要成分含有鉻、鉬、釩、硼等，堆焊組織為馬氏體和殘余奧氏體，由于馬氏體的顯微硬度遠(yuǎn)低于煤礦井下物料的顯微硬度，所以抗磨損效果不理想，不能滿足產(chǎn)品壽命需求。

為了加強(qiáng)耐磨性，改變由堆焊合金中馬氏體來抗磨損的機(jī)理，本文堆焊材料選擇金屬粉型高碳高Cr鑄鐵[4-6]明弧堆焊焊絲YD888，化學(xué)成分如表1。而D888高耐磨鑄鐵堆焊焊絲[7-8]，主要依靠堆焊層中彌散分布的碳化物硬質(zhì)相來抵抗磨粒磨損。而且該材料通過焊絲藥芯中的造氣劑在電弧高溫作用下產(chǎn)生的氣體對熔滴和熔池進(jìn)行保護(hù)。

1.2 試驗(yàn)工藝

由于高強(qiáng)耐磨鋼屬于低溫回火鋼，在高溫下會退火降低硬度及耐磨性，此次堆焊試驗(yàn)在此類鋼種上采取了及時冷卻的方法。

堆焊母材、堆焊材料、堆焊工藝參數(shù)、堆焊冷卻條件等如表2。

1.3 硬度檢測

堆焊后的硬度檢測包括焊道表面及截面，硬度檢測數(shù)值如表3。

由表可以看出：

①選用相同的焊材，冷卻條件不同，堆焊層硬度會明顯不同。焊道及時水冷能提高表面硬度及斷面硬度。

②堆焊層碳化物硬質(zhì)相的微觀硬度遠(yuǎn)高于基體及煤矸石的硬度。

1.4 金相檢測

在各項(xiàng)性能比較后，我們進(jìn)行了堆焊層金相[9-10]檢驗(yàn)，圖1（a）為堆焊層表面金相，圖1（b）為堆焊層斷面金相，由金相圖可知：

①高碳高絡(luò)藥芯焊絲堆焊，堆焊層金相組織為復(fù)合碳化物加殘余奧氏體。

②冷卻后，碳化物呈垂直向上生長，這樣會增強(qiáng)碳化物的抗磨損性能。

1.5 耐磨性檢測

鑒于刮板機(jī)槽體類的磨損失效形式主要是磨粒磨損，故磨損檢測采用濕式橡膠輪磨損試驗(yàn)機(jī)，型號MLS-225，磨料為石英砂，橡膠輪轉(zhuǎn)速250轉(zhuǎn)/分，每一試樣預(yù)磨1500轉(zhuǎn)，第一次稱重后正式磨1500轉(zhuǎn)，磨損數(shù)據(jù)見表4。

根據(jù)表4數(shù)據(jù)對比，把日本SSAB公司HARDOX450板耐磨性比作“1”，則YD888焊絲堆焊下的耐磨層的耐磨性為“5.9”。

2? 中板堆焊應(yīng)用

2.1 堆焊設(shè)備調(diào)試

根據(jù)中板堆焊工藝需求，研制了堆焊的專用設(shè)備——四槍堆焊專機(jī)，如圖2。同時，為了實(shí)現(xiàn)所需的工藝條件，本文中調(diào)試了堆焊專機(jī)的程序與參數(shù)，包括焊接模式、焊接速度、橫梁速度、焊接長度、焊槍擺幅、焊槍行走方向、焊槍滯后等。經(jīng)過調(diào)試，專機(jī)可以實(shí)現(xiàn)4種焊接模式：網(wǎng)格、菱形格、鋸齒形、直焊道;四把焊槍可以實(shí)現(xiàn)單槍堆焊、多槍堆焊、焊后自動抬高、自動偏移、自動復(fù)位等功能;焊槍后方150mm處設(shè)有淋水裝置，可以隨著焊接對焊道實(shí)現(xiàn)及時冷卻。

四槍堆焊專機(jī)半自動堆焊取代了我們長期應(yīng)用的手工電弧堆焊方式，不僅提高了堆焊質(zhì)量與堆焊效率，同時還減輕了操作者的勞動強(qiáng)度、改善了勞動環(huán)境、保障了職業(yè)健康、帶動了操作者的積極性。

2.2 堆焊冷卻工裝

本研究中，在堆焊平臺上增設(shè)了水冷卻裝置，如圖3。該裝置包括支撐板、壓板、水管、水槽、水泵等。采用了噴水的方式，冷卻水直接噴到堆焊中板下表面，可以及時帶走堆焊熱量，實(shí)現(xiàn)堆焊件強(qiáng)制冷卻工藝。該裝置實(shí)現(xiàn)了中板定位、中板卡緊、中板冷卻的功能。

3? 生產(chǎn)應(yīng)用

在明弧自動自保護(hù)的工藝條件下，采用下噴上淋的強(qiáng)制冷卻方式，我們在四槍堆焊專機(jī)上進(jìn)行了中板增材技術(shù)的應(yīng)用，如圖4為增材后的中板，中板表面的堆焊網(wǎng)格、菱形格及鋸齒內(nèi)部可以存放煤粉，增加潤滑性。中板堆焊的成功應(yīng)用，提高了堆焊表面質(zhì)量、提高了刮板輸送機(jī)各類槽體的耐磨性。

4? 結(jié)論

①明弧自保護(hù)堆焊中，不用外加保護(hù)氣源，基板與耐磨堆焊層為冶金結(jié)合，強(qiáng)度高。

②采用新型高碳高鉻自保護(hù)金屬粉芯焊絲，替代了依靠馬氏體的抗磨損機(jī)理。堆焊中板達(dá)到增材目的，堆焊道表面硬度HRC≥48，碳化物硬質(zhì)相微觀硬度達(dá)到800。堆焊層耐磨性可達(dá)HARDOX450鋼種的5.9倍，顯著提高了耐磨性。

③在中板增材技術(shù)中，同時采用了上淋下噴的及時冷卻工藝，降低了堆焊的軟化區(qū)，解決了以低溫回火鋼為基體堆焊的難題。

④四槍堆焊專機(jī)可以實(shí)現(xiàn)多槍半自動堆焊，取代了手工電弧堆焊，提高了堆焊質(zhì)量和堆焊效率、減輕了勞動強(qiáng)度、改善了勞動環(huán)境。

⑤堆焊冷卻裝置可以及時、有效地實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)耐磨鋼冷堆焊工藝。

⑥中板增材技術(shù)在短時間內(nèi)得到了成功應(yīng)用，提高了刮板輸送機(jī)各類槽體耐磨性，提高了產(chǎn)品的壽命與競爭力。

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