浅谈矿用截齿钎焊工艺的改进

陈建云

（晋城菲利普斯机械部件制造有限公司，山西晋城048000）

矿用截齿是采煤机、掘进机和破碎机等采掘机械滚筒上直接切割煤炭的关键部件，该部件是齿体、齿尖组成的焊接结构，钎焊强度直接影响截齿寿命。由破碎机理可知，截齿在采煤过程中由于工况恶劣，承受压缩、弯曲和冲击等复杂的合力作用，齿尖脱落现象十分严重。齿尖的脱落势必要停机换齿，不但增加采掘生产成本，造成硬质合金和贵重钢材的浪费，而且直接影响煤矿工人的生产情绪和采煤的生产效益。因此，提高截齿的钎焊质量、寻求新的工艺方法刻不容缓。

1 原产品存在缺陷

2004年6月，金驹实业与菲利普斯公司合资后，引进中日合资热处理加热炉、KIA数控设备、中频钎焊机等先进的加工设备。经过半年的设备安装调试，2005年初生产步入正轨，全年生产各类截齿10万把。用户反映部分产品出现掉合金头的现象。针对该产品质量问题，公司马上成立技术攻关小组，展开调研、技术攻关。

我们把生产期的截齿拿到国家采煤机械质量监督检查中心进行检验，检验结果表明，截齿的外形尺寸、淬火硬度和冲击韧性均达到标准、而焊缝的充盈度和抗剪强度不够稳定，部分产品达不到MT246-1996《煤矿用截齿》的要求。这些产品产生的焊缝缺陷主要是：

（1）气孔夹渣。焊件结合面、合金清洗不彻底，焊缝间隙大小选择不当，焊剂使用不规范；

（2）咬边熔蚀。钎焊温度过高，加热时间过长；

（3）裂纹。钎焊时加热不均匀，焊接后快速冷却，热处理回火脆性；

（4）部分间隙未填满。间隙过大或过小，装配时焊件歪斜，焊前焊件表面清理不彻底，焊件加热温度偏低。

2 钎焊工艺改进

针对产品钎焊工艺方面存在的问题和缺陷，对原钎焊生产工艺进行了分析，细化到每一个生产环节，彻底消除质量隐患，对钎焊工艺进行了改进和优化。

2.1 焊前的准备

（1）外观检查。检查每一个硬质合金表面，其表面必须平整，以保证合金与钎焊基体有良好的接触，保证钎焊质量。

（2）表面处理。对硬质合金进行喷砂处理，去除其表面的氧化膜，改善润湿性能。最好不用化学法研磨或电解法研磨，避免由于硬质合金表面层的粘结剂——钴被腐蚀而影响钎焊质量。

（3）超声波清洗。引进超声波清洗仪，对硬质合金、焊剂、被焊基体进行清洗，彻底清洗掉表面油污及锈渍，最后烘干。

2.2 钎焊材料

焊料选择圆片状的Cu56ZnMnCo钎料，该焊料强度高，与硬质合金的结合性好，用于石油钻头的钎焊。焊剂选用脱水硼砂。

2.3 正确控制钎焊温度

Cu56ZnMnCo钎料的液相线为909℃，钎焊温度控制在920～940℃时，钎焊质量很不稳定，经过多次研究观察后，将钎焊温度调整为940～960℃，这时钎料的流动性、渗透性最好，如果加温过高，容易引起钎料中的锌蒸发与锰氧化，引起夹渣与接头强度下降等问题；温度太低则影响钎料的铺展。

2.4 改造钎焊设备

由于原钎焊设备采用统一感应线圈，其感应线圈不仅功率小，而且其形状与截齿外形不能完全吻合。针对上述情况，为每一种型号的截齿产品制作了仿形感应线圈，达到不同产品的焊接要求。

2.5 钎焊操作

首先根据每种型号的截齿产品的具体情况制定钎焊操作工艺规范，对焊接操作的功率、冷却等参数的大小、时间进行严格规范。

由于42CrMo钢材和YG11C合金的线胀系数相差很大，因而造成钎焊时它们的间隙发生变化。针对这种现象，采用含镍45%的镍铁合金薄片，低碳钢片或紫铜片（厚度为0.05 mm左右）做补偿片，钎焊后垫片可留在钎缝中，缓冲焊后因42CrMo和YG11C的收缩不一致而产生的应力，提高钎焊强度。

焊接过程中，当工件加热到钎焊温度时。要求操作工用紫铜加热棒将硬质合金沿槽窝往返移动3～5次，以排除焊缝中的熔渣。熔渣不排除则形成夹渣，影响焊接质量。

2.6 钎焊后的冷却和低温回火

钎焊后的冷却速度是影响钎焊裂纹的主要因素之一。对于硬质合金的钎焊面较大或基体特小而硬质合金较大的工件，钎焊后应立即放入200～250℃炉中回火6～8h，消除钎焊应力；减少裂纹，延长硬质合金工具的使用寿命。

常使用的保温冷却方法：①用石灰槽或炭粉槽的缓冷法；②焊后工件密集叠放缓冷法。

2.7 清除焊缝附近的多余熔剂

方法一：将焊后已冷却的工件放入沸水中煮30～45min，再进行喷砂处理，就可以彻底清除焊缝处多余的熔剂和氧化皮等脏物。

方法二：在条件允许的情况下，也可以将工件放入酸洗槽中进行酸洗，酸洗后必须经过冷水槽和热水槽相继清洗干净。酸洗时间不宜过长，一般为1～4min，过长时间的酸洗可能造成焊缝的腐蚀。

2.8 钎焊后的质量检查

使用超声波探伤仪检测焊缝处有无气孔，检查被焊工件有无裂纹。对已检查出有缺陷的工件，可重新加热钎焊，但也应尽量减少重焊次数，以免硬质合金因反复加热而影响质量。对于已产生裂纹的工件。应在分析原因后将有裂纹的硬质合金取下，重新钎焊。

3 钎焊工艺改进后产品性能

钎焊工艺改进后，公司对产品做了解剖观察，焊缝的焊接充盈度在纵、横两个方向上均达到98%以上。由于采取了上述一系列措施，保证了钎焊质量，提高了焊接强度，达到了预期目标。经上海煤炭科学院检测，完全符合国家相关标准的规定，产品综合性能如表1所列。

表1 矿用截齿综合性能检测数据

4 结束语

对集团公司各矿的使用情况进行了质量跟踪调查，实践证明，采用新的钎焊工艺所生产的产品，在使用过程中未出现合金头脱落的现象，而且产品的使用寿命有了很大提高，降低了煤炭的生产成本，提高了采掘生产效率。