WK-35电铲铲斗焊接修复工艺

2019-05-24王智超吕泽东韩春霞乌斯哈拉

中国金属通报 2019年3期

王智超，张继，吕泽东，韩春霞，乌斯哈拉

（锡林郭勒职业学院,内蒙古锡林郭勒 026000）

WK-35电铲是我国自主研发的大型挖掘机，实践证明，其性能优越，生产能力远远超过其设计生产能力。由于电铲铲斗在较重的承载负荷下工作，且受力情况复杂，WK-35电铲铲斗斗前唇出现开裂现象，并且开裂较为严重，裂纹贯穿铲斗壁，然而铲斗斗唇更换耗费较大工时且成本较高，为了降低生产成本，考虑其材质为ZGMnl3-4，特制定系列相应焊接工艺进行维修，以节约成本，提高效率。

1 WK-35电铲铲斗焊接工艺

1.1 焊接工艺分析

WK-35电铲铲斗采用低温冲击韧性高的低合金高强度钢板，具有较高的强度和良好的塑性和韧性。铲斗是电铲重要组成部分，其直接接触物料，长时间反复受较大冲击载荷作用，在铲斗前壁极易产生裂纹，其材质为ZGMnl3-4，属于高锰钢，常温下其组织为奥氏体。在对裂纹进行开坡口处理后，发现板材内部有严重浇铸缺陷，内部大面积的气孔导致了最直接的应力集中，进过对裂纹的分析，判断为层状撕裂，而这也与内部缺陷相附和。另外，由于电焊操作产生的热量会引起焊接区域的材料的化学变化。设备维修中机修车间经过仔细探讨，制定出一套具有针对性的焊接工艺，对电铲铲斗进行焊接修复[1，2]。

1.2 铲斗焊接工艺

由于开裂严重，板材原先也经过多次焊接，所以对比较集中的交叉裂纹处板材，使用氧乙炔气体进行切割处理，然后用碳弧气刨去除残余裂纹，去除完毕后，对坡口进行无损探伤，确定再无裂纹后，对表面进行打磨处理。由于铲斗的板材比较厚，所以采用双面焊接的方法。先在焊缝三分之二处加垫板，然后再从反面进行消根处理后，再次焊接。焊接方法采用直流反接，多层多道焊的方法进行焊接，考虑到焊条与焊接工件的匹配，我们采用了奥氏体不锈钢焊条。

图1 铲斗焊接（a）正面焊接；（b）反面焊接

奥氏体不锈钢焊条在使用时要控制层间温度，不可过低或过高，在焊接时要尽量保持焊缝的排列，接头的分布。在焊接保温完毕后，对焊缝进行打磨探伤。焊接过程如图1所示。

1.3 铲斗焊接工艺经济效益分析

通过对WK35铲斗的技改，提高了铲斗的强度和工作效益，同时对废旧物资的再利用减少了购买成本和周期，达到技术革新、节约成本的目的。在焊接过程中使用材料A307焊条45公斤，改造投入费用约800元，修复后经过折旧与调查同期市场价格45000相比节约44200元，同时节省可观的修理费。为保证矿山设备的出动率打下了良好的基础。

2 铲斗前唇焊接修复工艺

2.1 开裂部位分析

电铲采掘作业过程中，铲斗与物料直接接触，前端受到的冲击力大，同时承装物料受到很大的静压力。挖掘动态过程，因推压提升等动作会产生不同方向的力矩。在作业过程中，大型机械结构件会产生很大的振动，使铲斗的受力情况更加的复杂。由于电铲铲斗在较重的承载负荷下工作，且受力情况复杂，WK-35电铲铲斗斗前唇出现开裂现象，并且开裂较为严重，裂纹贯穿铲斗壁，然而铲斗斗唇更换耗费较大工时且成本较高，为了降低生产成本，考虑其材质为ZGMnl3-4，特制定系列相应焊接工艺进行维修，以节约成本，提高效率。

2.2 焊接修复方案及修复工艺

由于电铲铲斗斗唇开裂情况严重，为了保证焊接质量，经过研究总结出一套可行的、操作性强的焊接修复方案。采用补焊工艺进行修补，为了减少焊接缺陷，保证焊透、焊缝熔合比，把裂纹彻底刨通，在下方加垫板进行焊接修复。

图2 斗唇焊接修复工艺

（1）检查开裂情况：①彻底清理裂纹周边油污及碎煤，清除杂质、油污是为了尽量避免给后续工作带来方便，以保障焊接质量；②使用探伤剂对开焊部位及周边进行探伤检查，避免开裂部位周边还有其他细小支裂纹，重复作业；③再次确认开裂情况。

（2）焊前准备工作：①开坡口：使用碳弧气刨彻底把开裂部位刨通，彻底清除开裂部位的裂纹；②坡口型式：V形坡口；③打磨坡口：用角磨机、钢丝轮、百叶片、直磨机清理坡口及两侧十公分，消除坡口区域的油、绣、水、氧化皮及渗碳物质，保证焊缝质量；④对焊接场所进行防风措施，在上风位置设置挡板，避免焊接或预热过程中冷却速度过快造成二次开裂；⑤选用A307不锈钢焊条，由于铲斗材质属于耐磨材质，更具以往经验，采用其他焊条不能保证焊接质量；⑥垫板选用5mm厚的普通钢板（易于压弯）；⑦焊接前对所用焊条进行烘干，烘干温度在350-400℃，时间两小时，消除焊条内部的水分，防止焊接时出现气孔以及氢脆；

（3）焊接过程：①使用直径为3.2的THA307不锈钢焊条进行打底层焊接；②填充层及盖面层焊接选用直径为4.0的A307不锈钢焊条；③焊接采用小规范多层多道焊接，每条焊道压上道的1/2-2/3，宽度不能超过10mm；④焊接过程层间温度控制在100-200℃；⑤清渣、保证每层焊缝无夹渣，未熔合等焊接缺陷。

（4）焊后处理：①焊接结束清理焊缝表面；②焊后保温及回火处理，采用保温棉将所焊部位包裹住缓冷至室温；回火温度150℃左右缓冷至室温达到细化晶粒的目的；③焊后将焊缝周围涂刷防锈漆；④焊接结束，清理现场卫生，严格检查作业区域，清除一切火种后人员方可撤离，避免发生火灾。

2.3 斗唇焊接工艺经济效益

此次WK-35电铲铲斗前唇开裂修复，是根据我矿设备运行情况及天气等因素，制定出有效可行的方案。通过此次焊接修复，不仅提高了参与人员的技术水平，而且积累了人员对设备维修的焊接经验。根据市场调研电铲铲斗前唇市场价格在20万元左右，投入生产使用消耗折旧费用在10万元左右，焊接修复费用1285元，共节约98715元左右，降低了成本，增加了设备的使用周期，为剥离生产提供周转设备保障。