淺談礦用截齒釬焊工藝的改進(jìn)

陳建云

（晉城菲利普斯機(jī)械部件制造有限公司，山西晉城048000）

礦用截齒是采煤機(jī)、掘進(jìn)機(jī)和破碎機(jī)等采掘機(jī)械滾筒上直接切割煤炭的關(guān)鍵部件，該部件是齒體、齒尖組成的焊接結(jié)構(gòu)，釬焊強(qiáng)度直接影響截齒壽命。由破碎機(jī)理可知，截齒在采煤過程中由于工況惡劣，承受壓縮、彎曲和沖擊等復(fù)雜的合力作用，齒尖脫落現(xiàn)象十分嚴(yán)重。齒尖的脫落勢必要停機(jī)換齒，不但增加采掘生產(chǎn)成本，造成硬質(zhì)合金和貴重鋼材的浪費(fèi)，而且直接影響煤礦工人的生產(chǎn)情緒和采煤的生產(chǎn)效益。因此，提高截齒的釬焊質(zhì)量、尋求新的工藝方法刻不容緩。

1 原產(chǎn)品存在缺陷

2004年6月，金駒實(shí)業(yè)與菲利普斯公司合資后，引進(jìn)中日合資熱處理加熱爐、KIA數(shù)控設(shè)備、中頻釬焊機(jī)等先進(jìn)的加工設(shè)備。經(jīng)過半年的設(shè)備安裝調(diào)試，2005年初生產(chǎn)步入正軌，全年生產(chǎn)各類截齒10萬把。用戶反映部分產(chǎn)品出現(xiàn)掉合金頭的現(xiàn)象。針對該產(chǎn)品質(zhì)量問題，公司馬上成立技術(shù)攻關(guān)小組，展開調(diào)研、技術(shù)攻關(guān)。

我們把生產(chǎn)期的截齒拿到國家采煤機(jī)械質(zhì)量監(jiān)督檢查中心進(jìn)行檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果表明，截齒的外形尺寸、淬火硬度和沖擊韌性均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)、而焊縫的充盈度和抗剪強(qiáng)度不夠穩(wěn)定，部分產(chǎn)品達(dá)不到MT246-1996《煤礦用截齒》的要求。這些產(chǎn)品產(chǎn)生的焊縫缺陷主要是：

（1）氣孔夾渣。焊件結(jié)合面、合金清洗不徹底，焊縫間隙大小選擇不當(dāng)，焊劑使用不規(guī)范；

（2）咬邊熔蝕。釬焊溫度過高，加熱時間過長；

（3）裂紋。釬焊時加熱不均勻，焊接后快速冷卻，熱處理回火脆性；

（4）部分間隙未填滿。間隙過大或過小，裝配時焊件歪斜，焊前焊件表面清理不徹底，焊件加熱溫度偏低。

2 釬焊工藝改進(jìn)

針對產(chǎn)品釬焊工藝方面存在的問題和缺陷，對原釬焊生產(chǎn)工藝進(jìn)行了分析，細(xì)化到每一個生產(chǎn)環(huán)節(jié)，徹底消除質(zhì)量隱患，對釬焊工藝進(jìn)行了改進(jìn)和優(yōu)化。

2.1 焊前的準(zhǔn)備

（1）外觀檢查。檢查每一個硬質(zhì)合金表面，其表面必須平整，以保證合金與釬焊基體有良好的接觸，保證釬焊質(zhì)量。

（2）表面處理。對硬質(zhì)合金進(jìn)行噴砂處理，去除其表面的氧化膜，改善潤濕性能。最好不用化學(xué)法研磨或電解法研磨，避免由于硬質(zhì)合金表面層的粘結(jié)劑——鈷被腐蝕而影響釬焊質(zhì)量。

（3）超聲波清洗。引進(jìn)超聲波清洗儀，對硬質(zhì)合金、焊劑、被焊基體進(jìn)行清洗，徹底清洗掉表面油污及銹漬，最后烘干。

2.2 釬焊材料

焊料選擇圓片狀的Cu56ZnMnCo釬料，該焊料強(qiáng)度高，與硬質(zhì)合金的結(jié)合性好，用于石油鉆頭的釬焊。焊劑選用脫水硼砂。

2.3 正確控制釬焊溫度

Cu56ZnMnCo釬料的液相線為909℃，釬焊溫度控制在920～940℃時，釬焊質(zhì)量很不穩(wěn)定，經(jīng)過多次研究觀察后，將釬焊溫度調(diào)整為940～960℃，這時釬料的流動性、滲透性最好，如果加溫過高，容易引起釬料中的鋅蒸發(fā)與錳氧化，引起夾渣與接頭強(qiáng)度下降等問題；溫度太低則影響釬料的鋪展。

2.4 改造釬焊設(shè)備

由于原釬焊設(shè)備采用統(tǒng)一感應(yīng)線圈，其感應(yīng)線圈不僅功率小，而且其形狀與截齒外形不能完全吻合。針對上述情況，為每一種型號的截齒產(chǎn)品制作了仿形感應(yīng)線圈，達(dá)到不同產(chǎn)品的焊接要求。

2.5 釬焊操作

首先根據(jù)每種型號的截齒產(chǎn)品的具體情況制定釬焊操作工藝規(guī)范，對焊接操作的功率、冷卻等參數(shù)的大小、時間進(jìn)行嚴(yán)格規(guī)范。

由于42CrMo鋼材和YG11C合金的線脹系數(shù)相差很大，因而造成釬焊時它們的間隙發(fā)生變化。針對這種現(xiàn)象，采用含鎳45%的鎳鐵合金薄片，低碳鋼片或紫銅片（厚度為0.05 mm左右）做補(bǔ)償片，釬焊后墊片可留在釬縫中，緩沖焊后因42CrMo和YG11C的收縮不一致而產(chǎn)生的應(yīng)力，提高釬焊強(qiáng)度。

焊接過程中，當(dāng)工件加熱到釬焊溫度時。要求操作工用紫銅加熱棒將硬質(zhì)合金沿槽窩往返移動3～5次，以排除焊縫中的熔渣。熔渣不排除則形成夾渣，影響焊接質(zhì)量。

2.6 釬焊后的冷卻和低溫回火

釬焊后的冷卻速度是影響釬焊裂紋的主要因素之一。對于硬質(zhì)合金的釬焊面較大或基體特小而硬質(zhì)合金較大的工件，釬焊后應(yīng)立即放入200～250℃爐中回火6～8h，消除釬焊應(yīng)力；減少裂紋，延長硬質(zhì)合金工具的使用壽命。

常使用的保溫冷卻方法：①用石灰槽或炭粉槽的緩冷法；②焊后工件密集疊放緩冷法。

2.7 清除焊縫附近的多余熔劑

方法一：將焊后已冷卻的工件放入沸水中煮30～45min，再進(jìn)行噴砂處理，就可以徹底清除焊縫處多余的熔劑和氧化皮等臟物。

方法二：在條件允許的情況下，也可以將工件放入酸洗槽中進(jìn)行酸洗，酸洗后必須經(jīng)過冷水槽和熱水槽相繼清洗干凈。酸洗時間不宜過長，一般為1～4min，過長時間的酸洗可能造成焊縫的腐蝕。

2.8 釬焊后的質(zhì)量檢查

使用超聲波探傷儀檢測焊縫處有無氣孔，檢查被焊工件有無裂紋。對已檢查出有缺陷的工件，可重新加熱釬焊，但也應(yīng)盡量減少重焊次數(shù)，以免硬質(zhì)合金因反復(fù)加熱而影響質(zhì)量。對于已產(chǎn)生裂紋的工件。應(yīng)在分析原因后將有裂紋的硬質(zhì)合金取下，重新釬焊。

3 釬焊工藝改進(jìn)后產(chǎn)品性能

釬焊工藝改進(jìn)后，公司對產(chǎn)品做了解剖觀察，焊縫的焊接充盈度在縱、橫兩個方向上均達(dá)到98%以上。由于采取了上述一系列措施，保證了釬焊質(zhì)量，提高了焊接強(qiáng)度，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。經(jīng)上海煤炭科學(xué)院檢測，完全符合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，產(chǎn)品綜合性能如表1所列。

表1 礦用截齒綜合性能檢測數(shù)據(jù)

4 結(jié)束語

對集團(tuán)公司各礦的使用情況進(jìn)行了質(zhì)量跟蹤調(diào)查，實(shí)踐證明，采用新的釬焊工藝所生產(chǎn)的產(chǎn)品，在使用過程中未出現(xiàn)合金頭脫落的現(xiàn)象，而且產(chǎn)品的使用壽命有了很大提高，降低了煤炭的生產(chǎn)成本，提高了采掘生產(chǎn)效率。