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抓煤机斗体与斗齿的焊接性分析及改进

2019-07-24史大明

商品与质量 2019年8期
关键词:耐磨性堆焊焊条

史大明

本钢维检中心 辽宁本溪 117000

板材发电厂储煤车间的推土机、抓煤机在日常生产中得到大量的应用,推土机底盘,抓煤机的斗齿(属于高锰钢)等经常会出现断裂、磨损、裂纹等缺陷,影响正常生产。抓煤机斗齿的耐磨性主要在于它的硬化能力。高锰钢中加入了适量的铬、钛、钒和稀土元素,改变原有金属组织,使其具有高韧性,高强度和良好的抗耐损性能。

1 高锰钢的焊接性

目前国内所使用的耐磨金属材料大致分为三类,即奥氏体锰钢,白口铸铁及低合金高强度耐磨钢,高锰铸铁的耐磨性高,然而脆性较大,低合金强度硬度高,其韧性低,奥氏体锰钢具有很高的冲击韧度和优质的硬化加工能力,其表层硬度从布氏硬度170~230提高到布氏硬度500~800,具有良好的可塑性和抗冲击耐磨能力[1]。

高锰钢焊接性的性价比低,广泛应用于矿山、冶金、建材、铁路和电力等部门的耐磨件上:如推土机底盘,抓煤机铲齿,球磨机村板。铁路道岔等。高锰钢的元素组成大致为C0.9-1.5%、Mn10-15%、Si0. 3-1.0%、S≤0.05、P≤0. 01%

主要成分是碳和锰,锰元素的主要作用是使奥氏体组织稳定,使Y相区在钢中扩大,从而耐磨性得到改善,当含锰量一定,含碳量提高至1. 5%时,对耐磨性影响不大,但会降低材料的冲击韧性,因此,采用低碳材料。

高锰钢的焊接性较差,主要以下几点原因:

(1)导热能力低膨胀系数大,使焊接区有较大温度梯度,产生较大的内应力从而容易产生焊接裂纹。

(2)高锰钢的组织是奥氏体,在缓慢冷却到900-300°C或反复加热时,在晶界析出碳化物,使材料塑性下降,脆性增大。

(3)高锰钢在冷却过程中不发生相变,但严重的晶体长大也会影响韧性。

(4)有害元素硫、磷在冶炼过程中留存在高锰钢中,增加了钢材的热裂倾向。

开裂:再热裂纹是由于焊接热作,使母材近焊缝区处的低熔点共晶在高温下被重新熔化,在拉力作用下的开裂。

两种裂纹都是沿奥氏体晶界开裂的,虽然热裂纹出现在焊缝或者出现在熄弧的弧坑处,再热裂纹产生在母材的近缝区处,但是产生裂纹的原理大致相同。

预防措施:

(1)焊接时控制引起焊接裂纹可能性的热应力是相当重要的,由于高锰钢的膨胀系数很高并且热导系数较低,焊接冷却时补焊处会产生应力,因此焊接完成冷却时需要用锤击打焊补金属,释放焊接内应力。

(2)补焊时尽量采用较小的热输入避免母材重复受热,可使反复受热的不良影响减至最小。如果上述措施在生产过程中全部应用并操作适当,焊补区产生裂纹缺陷的几率会大大降低的。

2 高锰钢焊接技术的改进方法及焊补的实施

2.1 提高含碳量

高猛冲击韧性较高,高达294J/cm2,含碳量对冲击韧性值影响较大,ak随含碳量增加明显下降,如图1所示

图1 冲击韧物性随含量碳量变化曲线

2.2 焊接选择的材料

(1)采用手弧焊,根据木材种类选择焊接材料,焊条选用Q235与ZGMn13的焊接。为防止焊接裂纹和保证焊缝的塑韧性,选用Cr-Ni奥氏体焊条,GBE309-15堆焊Q235侧,D266焊条堆焊ZGMn13斗牙,然后再进行斗牙与斗体的焊接[2]。

(2)焊前清理,首先将磨损的斗齿从斗体上切除,清理焊补处的泥垢,油污和氧化铁皮,仔细检查有无起层,裂纹,夹渣,气孔和缩孔等缺陷,如有缺陷,必须用砂轮或炭弧气刨护除,磨损的位置必须用角向磨光机磨去表面硬化层,因为硬化层的金属在补焊时很容易产生裂纹。

2.3 焊接工艺

(1)在安装斗齿两侧及前方堆焊GB309-15焊条,焊前经300-350℃高温烘干1.5-2小时,焊接电流偏大,采用小的焊接速度以保证熔合区镍含量大于5-6%,防止产生冷裂敏感度高的马氏体。

(2)进行定位焊,斗齿装配到位后,用直径为3.2mm的D266焊条进行两侧对称的定位焊,定位焊缝的长度不得超过30mm,焊后立即水冷并锤击。

(3)打底焊,用直径为3.2mm的D266焊条进行打底焊,采用小电流、直流反极性、短段断续焊。每次停焊时应及时水冷,层间温度控制在60℃以下。

(4)底焊焊完后,改用直径为4.0mm的D266焊条进行断续焊,焊接电流为165A左右,-根焊条分三次焊接完成,每次焊接完成时及时用水冷却到60℃以下,并进行锤击,以消除焊接应力与防止碳化物的析出,左右、前后焊缝每两层进行交替焊接,以保证焊缝的对称性,直至焊脚达到16mm为止。

3 结论

综上所述可以知道高猛钢焊接时易产生的缺陷及防止方法,现从发电厂设备检修实际出现的问题作以上具体分析,经过多次实践,以上这些焊接工艺既保证了焊接质量,提高了修复斗齿效率。降低了维修成本,并且修复后斗齿应用效果很好,有一定的实用价值,我相信这些焊工艺方法在今后的实际工作中将得到更广泛的应用。

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