刮板输送机链轮的修复工艺分析

刮板输送机链轮的修复工艺分析

王昆

陕煤集团神南产业发展有限公司 陕西神木 719300

摘要：刮板输送机是煤矿井下主要的机械化输煤卸荷设备，由于它依靠链轮来带动链条转动，所以链轮的设计对输送机的传动性能和生产效率有着至关重要的作用。链轮的齿轮设计不合理，链轮与链环的啮合不稳定，或产生较大的冲击载荷，都会造成链轮与链轮加速磨损。目前，链轮承载能力差、使用寿命短，与其它部件的设计水平严重不匹配，成为制约刮板输送机向大功率、长距离传动发展的重要瓶颈。采用新材料，改进链轮加工工艺，在一定程度上提高了链轮的性能。

关键词：矿用刮板输送机；链轮；修复工艺；

矿用刮板输送机链轮在井下使用过程中受链条交变应力作用，链窝部位产生磨损，导致链轮不能正常使用而报废，介绍一种链轮链窝磨损后的修复工艺，对维修中心节支降耗，提高自修能力具有重要意义。

1 焊接性分析

（1）焊缝中的热裂纹。由于中碳调质钢含碳量及合金元素含量都较高，导致其结晶温度区间较大，偏析也较严重，具有较大的热裂纹敏感性。热裂纹最常发生在多道焊第一道焊道弧坑和凹形角焊缝中，为了防止产生热裂纹：①要采用低碳焊丝（焊丝含碳量最高不超过０．２５％）。②严格限制母材和焊丝中硫、磷的含量（小于０．０３％～０．０３５％）。总之，考虑热裂纹问题时，焊接中碳调质钢的焊接材料应尽量选用含碳量低，含硫、磷杂质少的填充金属。在焊接工艺上应注意填满弧坑和良好焊接成形。

（2）冷裂纹。中碳调质钢的淬硬倾向大，对氢致冷裂纹的敏感性很大，具有最大的冷裂纹敏感性，这是由于中碳调质钢含碳量较高，又加入较多合金元素所致。①在５００℃以下温度区过冷奥氏体稳定性很大，而且随着钢中碳和合金元素含量的增加，过冷奥氏体稳定性还将进一步增大；②由于中碳调质钢含碳量高Ｍｓ点低，在低温下形成马氏体难以产生“自回火”效应；③由于马氏体含碳量较高，有更大的过饱和及更严重的点阵畸变，因此，马氏体硬脆程度就更大，而且随着含碳量的提高其硬脆程度还将进一步增大，其冷裂敏感性也随含碳量的提高而增加。所以在分析各种钢冷裂纹的敏感性时，不仅要看它的马氏体化倾向大小，而且还要考虑马氏体的含碳量及类型。总之，中碳调质钢冷裂纹敏感性大，焊接时必须采取必要措施防止冷裂。由于这种钢淬硬倾向大，仅通过加大焊接线能量还难以避免马氏体形成，相反却使奥氏体过热，稳定性增加，促使形成粗大的马氏体，使过热区脆化更为严重。当过热区的冷却速度较低时，上贝氏体数量增加，粗大贝氏体同样具有较大的脆性，不过脆化程度比孪晶马氏体低。因此，在这种情况下一般倾向于采用小线能量，减少高温停留时间，以避免奥氏体晶粒的过热和增加奥氏体成分不均匀性，从而使奥氏体的稳定性下降。同时，采取预热和缓冷等措施，来降低冷却速度，减少淬硬倾向，降低和抑制过热区的脆化。

（3）热影响区的软化。这类钢经常是在退火状态下进行焊接，焊后再调质处理，但有时是由于焊后不能进行调质处理，而必须在调质状态下焊接，此时就必须考虑软化问题。调质钢强度级别越高，软化就越严重，软化区可能成为使接头强度降低的薄弱区。软化程度和宽度与焊接方法、线能量的关系很大，焊接线能量越小，软化程度、宽度就越小。因此，焊接热源越集中，软化程度和范围就越小。

2 42CrMo链轮焊接性能分析

链轮采用42CrMo材质，毛坯经锻造后加工而成。根据国家焊接学会推荐的碳当量公式以及42CrMo钢化学成分，计算得出其碳当量约为0.77，属于淬透性能良好，容易淬火处理的中碳调质高强度钢，由这种调质钢加工热处理后的链轮，链窝表面淬火处理后硬度能够达到HRC50～55，淬硬层深度能够达到15 mm以上，能够满足链轮的使用工况要求。但也正是这些特性造成其焊接工艺性能较差。42CrMo由于合金元素种类多，且碳及微量元素含量较高，焊接冷却凝固结晶时，结晶温度区间大，有较大的偏析倾向，同时受硫磷杂质及气孔的作用，容易导致热裂纹的产生，具有较大的热裂敏感性。在焊接过程中，有非常严重的热裂、淬硬、冷裂倾向，因此焊接工艺的主要问题是控制热量输入、控制焊后冷却速度和氢含量。

3 焊材的选取

由于链轮链窝部位要求具有较高的硬度和良好的耐磨性，为了保证堆焊修复后的链轮能够满足工况使用要求，焊丝选用了GFC-103准1.6 mm耐磨药芯焊丝,该焊丝属于黏着磨损类堆焊药芯焊丝，焊后熔敷金属不须硬化热处理可直接使用，无须软化退火可直接进行加工，熔敷金属硬度能够达到HRC55-60，修复后满足链轮性能和使用要求。

4 修复工艺对策

4.1 焊前准备。在对链轮进行堆焊修复之前，首先要对链轮链窝严重磨损部位进行清洗打磨，将链窝堆焊部位表面煤渣、飞边、缺陷、氧化物、油污等清理干净，用砂轮机打磨掉表面疲劳层1～2 mm，总体外观见金属光泽。

4.2 焊接参数及工艺措施。（1）在进行堆焊过程中为了保证焊接质量、控制焊接变形量、保证堆焊强度，采用熔化极气体保护焊（MAG），保护气体采用(80%Ar+20%CO₂)混合气体。耐磨层堆焊GFC-103准0.1.6 mm焊丝，焊接电流为250～300 A、焊接电压25～30 V、焊接速度320～450 mm/min；（2）堆焊前将链轮放进电阻炉进行整体预热，预热温度控制在350℃左右，升温速度80℃/h，保温4 h。待链轮整体温度达到350℃时出炉堆焊，堆焊过程中要连续施焊，靠电弧自身热量维持链窝部位较高温度；（3）堆焊时采用多层多道焊接方式，该焊接方式后面焊层对前面焊层有预热和消氢作用，有利于改善热影响区的淬硬组织，防止裂纹产生。每层焊缝不允许出现裂纹、气孔、夹渣等焊接缺陷，收弧应将弧坑填满。每层焊接完成后捶击清渣，消除焊接应力，同时使用角磨机彻底打磨清除产生的气孔、裂纹等缺陷，然后再进行施焊。层间温度控制在250～350℃；（4）堆焊过程中尽可能保持平焊位置焊接，最大限度保证焊接质量，焊后采用回火处理，出炉后用石棉布包裹保温1～2 h，并缓冷至室温。（3）焊后去应力处理。链窝堆焊完成后的链轮要及时进行回火处理，以消除内部焊接应力，改善堆焊部位显微组织。将堆焊后的链轮整体进炉加热到550℃，保温4～6 h后随炉冷却，温度＜150℃时出炉。对于局部堆焊量不大的链窝进行修复时，也可以不做回火处理，但要采用石棉布包裹缓冷，避免急冷产生裂纹。

4.3 链窝加工。堆焊后的链轮在卧式加工中心上进行加工，链轮加工时以内孔和端面定位，安装在加工中心的回转工作台上，以内孔打表找正，保证链轮中心与加工中心工作台回转中心一致，然后以渐开线花键基准齿廓中心线与链轮基准齿的中心线找正。使用UG软件对链轮体进行三维建模，然后利用UG软件的自动编程功能，实现链窝部分加工程序编制。由于堆焊处理后的链窝硬度较高，凸凹不平，加工难度大，要求加工链窝的刀具必须要具有高硬度、高耐磨性，同时也要韧性好、耐高温。为了保证加工出的链窝尺寸精度高，采用了带涂层的硬质合金刀片，刀具为可转位圆鼻面铣刀，根据所加工链窝不同，选用刀具时注意刀具半径要等于或略小于所要加工链窝平面的圆弧半径。

4.4 修复后检查。焊后对堆焊部位进行外观检测未发现裂纹等外部缺陷，链窝加工完成后进行探伤检查也未发现内部裂纹等缺陷出现。对堆焊修复后的链窝部位进行硬度检测，经多次多部位检查链窝硬度均达到HRC55以上符合预期效果。

总之，通过对链轮材料性能的分析，制定合理的堆焊修复方案，顺利完成链轮的修废利旧工作，为煤矿企业节约成本。

参考文献：

［1］赵萍.浅谈刮板输送机链轮的修复工艺.2018.

［2］刘振华.探讨刮板输送机链轮的修复工艺分析.2019.