承德石油高等專科學校機械工程系 湯立松

影響采煤工作效率及設備使用壽命的原因主要是截齒的質(zhì)量，截齒的主要失效形式就是磨損失效，針對截齒磨損失效，本文以提高采煤機械設備所用截齒堆焊層的硬度、耐磨為主要研究目的，選購價格低廉的添加合金Cr、C、B、Si、Mn，運用鋼的馬氏體低溫轉(zhuǎn)變原理，降低截齒堆焊時熔池中形成馬氏體過程的溫度轉(zhuǎn)變點，研制出一種成本低、焊接工藝性能佳、抗裂性能好、高強度耐磨的焊條，運用在采煤機械設備截齒堆焊上。

1 試驗方法

本文采用正交試驗的方法，對Cr、C、B、Mn四種合金元素進行正交，以所焊接堆焊層的硬度及焊接過程中表現(xiàn)出的工藝性能為考核目標，正交表如表1所示。

表1 合金元素正交水平表L9(34)

2 試驗結(jié)果及討論

2.1 焊條工藝性能分析

對以上焊條配方按相同焊接參數(shù)進行堆焊，在焊接過程中通過觀察焊條記錄的焊接過程中的穩(wěn)定性、飛濺程度、發(fā)塵量大小、堆焊層成型以及藥皮脫渣性能來考量所研制焊條的工藝性能，按A：優(yōu)、B：良、C：中、D：差、E：極差五個級別進行表示，堆焊過程中穩(wěn)弧性處于C級的為SY1，原因為焊條熔滴向焊縫中高速、大結(jié)塊過渡，造成堆焊層出現(xiàn)偏移現(xiàn)象，其余8組電弧燃燒均穩(wěn)定，主要是因為本文試驗過程中向藥皮配方中加入了大量易電離材料，防止焊接過程中出現(xiàn)短路過渡現(xiàn)象，降低整個焊接燃燒區(qū)電壓，使合金元素平穩(wěn)過渡到堆焊焊縫中；9組試驗焊條發(fā)塵量均較大，主要因為所添加合金元素目數(shù)較小，容易與焊條藥皮所產(chǎn)生的焊接氣氛混合，在高溫作用下形成金屬蒸發(fā)，但為獲得優(yōu)質(zhì)的合金元素堆焊層，選用目數(shù)較小合金是必要的；9組焊條焊接過程中所形成飛濺物較少，且易敲落，是因為在本次試驗焊條藥皮成分中未添加大理石，使造氣所產(chǎn)生的CO2變少，電離氣氛變少，從而使飛濺變少；表中所試制焊條脫渣性能均表現(xiàn)良好，是因為添加合金元素后容易形成易脫落的氧化物，使焊渣較為容易清理；綜上所述，通過考量五種因素下焊條工藝性能，SY5組焊條工藝性能表現(xiàn)最優(yōu)。

2.2 硬度結(jié)果分析

對9組焊條堆焊層進行洛氏硬度測量，選用載荷重量為150Kg，在堆焊層上按十字交叉法由里至外依次選用5點，取其平均值，測量結(jié)果如表2所示，

表2 洛氏硬度測量結(jié)果

對以上數(shù)據(jù)運用正交因素分析方法對硬度結(jié)果進行計算得出以下結(jié)論：

（1）Cr水平因素：2＞1＞3；C水平因素：2＞3＞1；B水平因素：2＞3＞1；Si水平因素：3＞2＞1；

（2）通過正交分析計算極差得到對堆焊層硬度影響因素排序為：Cr＞Si＞B＞C，試驗的最佳組合焊條配方為SY5組，硬度為64.28。

2.3 熔覆金屬組織形貌

選用SY5組焊條配方重新壓制焊條，采用相同焊接工藝參數(shù)施焊，垂直于焊接方向切取試樣拋光后，采用苦味酸腐蝕，組織形貌如圖1所示，由圖可以看出，焊縫金屬與母材之間在高溫焊接冶金反應過程中結(jié)合程度較好，結(jié)合界限規(guī)則，可防止所熔覆堆焊層與截齒母材之間的脫落，并達到最小化的稀釋母材，防止母材稀釋改變堆焊層化學成分，降低堆焊層耐磨性。熔覆金屬組織形貌為馬氏體組織+γ′強化相（MC）+殘余奧氏體，由于組織中馬氏體的大量存在，增加了堆焊層的耐磨性及硬度，γ′強化相的存在切斷了大片狀馬氏體組織，從而起到細化組織作用，增加了堆焊層的韌性，且三者之間交錯配合及交錯嵌入，也防止截齒在工況使用環(huán)境下的脫落。

圖1 熔覆金屬組織形貌

3 結(jié)論

對Cr、C、B、Mn四種合金元素進行正交，觀察9組焊條的工藝性能，得到一種焊接工藝性能較好的焊條配方，試驗的最佳組合焊條配方為SY5組，硬度為64.28，觀察熔覆組織形貌為馬氏體組織+γ′強化相（MC）+殘余奧氏體。