LJG315型掘进机从动链轮焊接性能研究

郑喜平ZHENG Xi-ping；赵富军ZHAO Fu-jun；郝平凯HAO Ping-kai；刘朝旭LIU Zhao-xu

（①林州重机集团股份有限公司技术处，安阳 456550；②河南省科学技术信息研究院，郑州 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型掘进机从动链轮焊接性能研究

郑喜平①ZHENG Xi-ping；赵富军①ZHAO Fu-jun；郝平凯①HAO Ping-kai；刘朝旭②LIU Zhao-xu

（①林州重机集团股份有限公司技术处，安阳 456550；②河南省科学技术信息研究院，郑州 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型掘进机从动链轮是由35CrMo钢和27SiMn钢焊接而成的，在220℃预热的情况下，利用气体保护对35CrMo钢和27SiMn钢进行了焊接，观察了焊接接头的显微组织并测量了硬度。经生产验证，其焊接性能满足了从动链轮的力学性能要求。

35CrMo钢；27SiMn钢；从动链轮；焊接性能

0 引言

煤矿巷道的快速掘进是保证矿井高效稳产的关键，快速掘进又称煤巷综合机械化掘进，其主要方式是悬臂式掘进机与单体锚杆钻机配套作业线，悬臂式掘进机可以截割任意形状断面的井下岩石、煤或半煤岩巷道是一种集截割、装运、行走、操作等功能于一体的复杂机械设备林州重机集团股份有限公司是国内最大的民营煤矿机械生产企业，2011年在深圳交易所成功上市，公司生产的LJG315悬臂式掘进机，爬坡能力±18°，履带宽度600mm，性能稳定，结构可靠，在国内掘进市场占有一席之地。本文的主要内容是通过金相组织和硬度试验分析，研究LJG315悬臂式掘进机从动链轮的焊接性能。

1 从动链轮的相关技术参数

链轮材质35CrMo，重 12kg，轮廓尺寸 Ф170mm×95mm，如图1（a）所示。热处理要求调质HB280～320，箱式炉加热，工艺采用870±10℃油冷淬火，570±10℃回火，热处理后机加工，机加工后链轮1（a）和钢管1（b）进行焊接，图2是焊接之后的示意图。

图1 二维 CAD 图（a）链轮，（b）钢管

图2 27SiMn钢管和35CrMo链轮焊接图

从动链轮中间的热轧无缝钢管材质是27SiMn，重9.64kg，外径 Ф102mm，内径 Ф75mm，长度 338mm，如图 1（b）所示；热处理要求调质HB240～280，热处理工艺为900±10℃水冷淬火，580±10℃回火。链轮和钢管在调质态进行焊接，脆硬倾向较大。

2 母材焊接性能分析

2.1 35CrMo钢焊接性能分析 35CrMo具有良好的塑性与韧性配合[1]，Cr、Mo等元素对焊接性能有重要影响，根据国际焊接学会（IIW）推荐的碳当量计算公式，可计算35CrMo 碳当量：Ceq=C+Mn·1/6+(Cr+Mo+V)·1/5+(Ni+Cu)·1/15(%)=0.72%。

Ceq＜0.40%时，焊接性能优良，淬硬倾向不明显；Ceq=0.40～0.60%时，焊接性尚可，但淬硬倾向增大；Ceq＞0.60%时，属于较难焊接材料，可焊性很差。35CrMo钢碳当量Ceq=0.72%＞0.6%，含碳量及合金元素都比较高，液-固相区间较大，具有较大的裂纹倾向[2]。

2.2 27SiMn钢焊接性能分析 27SiMn钢水淬时仍有较高的韧性，兼且价格低廉，应用广泛。根据日本WES推荐的碳当量计算公式，27SiMn碳当量：Ceq=C+Mn/6+Si/24+Cr/5=0.51%，可知该钢焊接性能一般，要确保获得良好的焊接质量，必须采取合理的焊接工艺。

3 焊接材料的选择及工艺参数

3.1 保护气的选择 保护气的选择对焊缝质量影响很大，纯Ar可提高焊缝质量、减少氧化物夹杂及降低焊缝的含氧量，但焊缝成形不理想，电弧不稳定。纯CO2作保护气体，熔滴呈非轴向过渡且飞溅较大，焊缝成形较差。综合考虑，用80%Ar+20%CO2的混合气体作为保护气体为宜。

3.2 焊丝的选择 焊丝的选择也是影响焊接接头质量的关键。依据国标GB/T8110《气体保护电弧焊用碳钢、低合金钢焊丝》的相关内容，选用ER50-6型，焊丝直径为ф1.2mm 的碳钢类焊丝，此类焊丝 бb＞500MPa，δ5＞22%，бs＞420MPa，这类碳钢氩弧焊丝具有良好的抗裂性能。

3.3 电弧电压的选择 电弧电压是焊接中的一个重要参数，电弧电压与焊接电流有一个最佳的配合范围，林州重机集团股份有限公司铆焊分厂使用的是时代逆变NB-500型电焊机，所选焊接电流为220～250A，弧焊电压为21～25V。

4 试验结果分析与讨论

4.1 焊接接头的组织分析 利用DK77-25F线切割机床把试样切开，然后打磨、抛光、腐蚀，用OLYMPUS GX51金相显微镜观察显微组织，下面以35CrMo链轮一侧进行分析。图3（a）是焊缝中心区的显微组织。从图中可看出，该区域的显微组织是针状或块状铁素体，其形成原因是：由于焊接速度极快，焊缝中心在高温区间内停留时间短，奥氏体中碳元素不能长期稳定扩散，随着温度的快速降低，其扩散过程没有完成，在铁素体基体中得以保存下来[3～4]。

图3（b）是熔合区显微组织。从图中可看出，该区域显微组织是马氏体+粒状贝氏体，靠近焊缝一侧主要是粒状贝氏体，铁素体较少；靠近母材一侧是板条马氏体+针状马氏体+少量铁素体，从图中可明显看出隆起的晶粒晶界，说明此处温度过高，奥氏体晶粒明显长大。

图3 不同区域的显微组织（200×）（a）焊缝区，（b）熔化区

图 4（a）、图 4（b）分别是过热影响区、完全淬火区的显微组织。图4（a）和图3（b）右半部分相似，晶粒的晶界明显隆起，晶粒已经明显长大，该区组织主要是板条马氏体和针状马氏体，同时并有少量下贝氏体。从图4（b）中可看出，该区域的母材距离焊缝中心距离适中，接受焊缝中心的热量把自身加热到Ac3温度以上，这和正常的淬火温度基本一致；其显微组织由马氏体+少量粒状贝氏体组成。

图4 不同区域的显微组织（200×）（a）过热区，（b）完全淬火区

4.2 焊接接头的硬度分析 在焊缝的中心位置确定一点，开始测量维氏硬度值，然后以此为基准点，同时向焊缝左右两边直线延伸，每隔0.5mm测量一系列的硬度值，直至焊缝及母材部分被完全覆盖为止，共测量21个点。图5是所绘制的硬度曲线图，整个焊接接头的硬度呈现波浪分布，出现三个硬度峰值；中间的硬度峰值出现在焊缝中心，最高硬度是356HV。随着距焊缝中心距离的增加，硬度稍微下降是随之又升高，其中35CrMo侧硬度值达到最高峰值411HV，27SiMn侧硬度达到极大峰值356HV，然后逐渐下降，两侧的硬度峰值距离焊缝中心的大致相等。

图5 硬度曲线

5 结论

①35CrMo钢和27SiMn钢在气体保护下焊接，其焊缝中心组织是粒状贝氏体+块状铁素体，硬度值从焊缝中心向外呈现波浪线分布，出现三个硬度峰值。

②经实际生产验证，35CrMo钢和27SiMn钢二者在调质状态下焊接，采用220℃预热时，其焊接具有较高的硬度，能满足LJG315型掘进机对从动链轮的技术要求。

[1]印波，邱望标.27SiMn焊接工艺的研究[J].机械制造技，2010，37（11）：1-3.

[2]张永革，晋兵营，冯娜娜.不等厚35CrMo钢耐磨板焊接工艺措施[J].热加工工艺，2010：39（1）：121-123.

[3]倪艳.调质状态下35CrMo钢的焊接[J].制造技术与机床，2005（2）：1-2.

[4]崔忠析，刘北兴编.金属学与热处理原理[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，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

郑喜平（1978-），男，河南滑县人，硕士研究生，工程师，研究方向为机械制造和金属材料，曾经发表二十余篇论文及三十余项专利。

U455.3+1；TG407

A

1006-4311（2014）15-0042-02