無氣自保焊應用于中部槽再制造的研究

馬波 劉媛 張桂芬

摘 要：本文主要對無氣自保焊應用于中部槽再制造進行了介紹研究，試驗分析了堆焊耐磨板材的化學成分及硬度，模擬中部槽磨損對比了耐磨性能，應用無氣自保焊對中部槽進行了再制造修復。實踐證明無氣自保焊可以有效提高中部槽的耐磨性能，增加了使用壽命，應用于中部槽的再制造有較好的前景。

關鍵詞：無氣自保焊；中部槽；再制造

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.17.001

中國煤炭儲量約1145億噸，位居世界第三，同時也是世界最大的煤炭生產(chǎn)國。煤炭行業(yè)在我國各行各業(yè)乃至整個國民經(jīng)濟中有著舉足輕重的地位。刮板運輸機是煤炭開采尤為重要的設備，其中中部槽是用量最大，最易磨損的設備。資料顯示，我國每年由于磨損報廢的中部槽約有40萬節(jié)，消耗鋼材高達4.8萬噸，價值約1.7億元，因設備損壞停產(chǎn)造成的損失更是達數(shù)億元。[1]因此刮板機中部槽的再制造就顯得尤為迫切需要。本文主要針對利用無氣自保焊應用于中部槽再制造進行研究。

1 無氣自保焊簡介

無氣自保焊是利用自保護藥芯焊絲在不需要額外施加保護氣體的情況下實現(xiàn)堆焊的一種技術。無氣自保焊原理如圖1所示：藥芯焊絲在充分燃燒分解后產(chǎn)生氣體和熔渣覆蓋在焊縫金屬以及熔池上形成保護。

無氣自保焊具有以下優(yōu)點：

（1）自保護藥芯焊絲是將化學試劑和合金粉末封裝在金屬表皮內(nèi)，在使用時可自身產(chǎn)生保護氣體和熔渣保護，不需額外施加保護氣體[2]。

（2）無氣自保焊使用直流焊機，可以在恒壓下施焊，具有較好的電弧穩(wěn)定性。

（3）無氣自保焊可以實現(xiàn)自動化焊接、半自動化焊接、手動焊接自由選擇，且具有連續(xù)性焊接特點，堆焊效率高。

（4）無氣自保焊可以實現(xiàn)不間斷送絲，從起弧開始可以一次成型且外觀較好，堆焊質(zhì)量較高。

2 堆焊耐磨性能試驗及分析

選取2.8mm藥芯焊絲在Q235基礎板材上堆焊得到試驗板材，與中部槽舊板同時取材對化學成分和硬度進行測試試驗。經(jīng)過化學分析后得出表1數(shù)據(jù)：

由上表可以看出試驗耐磨板材C、Cr元素含量遠高于中部槽舊板的元素含量，C、Cr形成Cr7C3化合物和粗大的六棱柱晶體，在耐磨層中形成耐磨骨架作用，具有較強的耐磨性能。

我們在兩種板材隨機抽取5個點測試洛氏硬度，最后求和取平均值得到表2數(shù)據(jù)：

由表2數(shù)據(jù)可以看出試驗板材各點HRC均值56.7高于中部槽舊板HRC均值41。材料抵抗硬物壓入其表面的能力稱為硬度，它可理解為是材料抵抗彈性變形、塑性變形或破壞的能力，硬度越高越難以被破壞，也就越耐磨。

為了更為直觀的體現(xiàn)出試驗材料的耐磨性能，我們模擬了井下運輸中部槽的磨損，得到了表3的數(shù)據(jù)：

由磨損率可以看出，在相同磨損條件下，再制造中板耐磨層的耐磨性是溜槽舊中板5.5倍。試驗情況如圖2、圖3所示。

通過試驗分析，我們可以看到利用無氣自保焊技術堆焊的耐磨板材耐磨性能遠優(yōu)于中部槽舊板性能，符合中部槽的再制造性能要求，可以應用于中部槽的再制造。

3 無氣自保焊應用于中部槽再制造的設備與工藝

3.1 無氣自保焊用于中部槽再制造的設備

無氣自保焊用于中部槽再制造的設備主要由明弧自動焊機、固定式電動回轉焊操作機、手動焊機組成。明弧自動焊機（圖4）主要由行走裝置、送絲裝置、控制裝置、直流焊機組成，可實現(xiàn)自動化堆焊，主要用于中部槽中底板的無氣自保護堆焊；固定式電動回轉焊操作機（圖5）構成與明弧自動焊機相似，用于中部槽槽幫的堆焊；手動焊機（圖6）主要由直流焊機和送絲機構組成，用于人工堆焊。

3.2 中部槽再制造工藝

通過對刮板機再制造的研究，根據(jù)我公司承擔兗礦集團南屯煤礦刮板機設備修理任務的中部槽磨損損壞情況將再制造分為A、B、C三個等級，并對應三類再制造相關技術工藝。

（1）A類再制造。定義標準：中板磨損量在45%以上，溜槽邊幫磨損量在45%～55%以內(nèi)，中板鏈道位置有明顯溝槽痕跡。

再制造技術工藝：中板、底板更換，在基板母材基礎上堆焊耐磨層獲得復合耐磨板。中板采用 30+5 mm復合耐磨板，底板采用 20+5mm 復合耐磨板。槽幫堆焊耐磨層，自動焊機堆焊槽幫內(nèi)部表面耐磨層。

（2）B類再制造。定義標準：中板磨損量在30%～45%之間，溜槽邊幫磨損量在30%～45%以內(nèi)，中板鏈道位置有明顯溝槽痕跡。

再制造技術工藝：中板需進行打底焊，補齊鏈道溝槽后堆焊中底板耐磨層：自動焊機堆焊耐磨層，中板共4道耐磨層，中間中心距200mm的2道，寬度分別為50mm，兩側中心距為720mm的2道，寬度分別為50mm，底板2道，中心距200mm，寬度分別為90mm，高度均為3-5mm；堆焊槽幫口耐磨層，槽幫槽口位置用Φ2.4絲堆焊內(nèi)部表面耐磨層。

（3）C類再制造。定義標準：中板磨損量在30%以內(nèi)，溜槽邊幫磨損量在30%以內(nèi)，中板鏈道位置無明顯溝槽痕跡。

再制造技術工藝：自動焊機堆焊耐磨層，中板共4道耐磨層，中間中心距200mm的2道，寬度分別為50mm，兩側中心距為720mm的2道，寬度分別為50mm，底板2道，中心距200mm，寬度分別為90mm，高度均為3-5mm；堆焊槽幫口耐磨層，槽幫槽口位置用Φ2.4焊絲堆焊內(nèi)部表面耐磨層。

4 無氣自保焊應用于中部槽再制造的效果

該套刮板機中部槽再制造后于2016年5月下井用于南屯煤礦9304工作面，截至2017年3月測量時已在井下使用11個月，9304工作面進尺1395.5米，采煤量174.4萬噸。我們深入采煤工作面現(xiàn)場利用超聲波測厚儀選取機頭機尾中間段共計3節(jié)中部槽，每節(jié)中部槽隨機選取9個相同測量點測量中板厚度，得出表4數(shù)據(jù)：

由表4數(shù)據(jù)，可以看到在經(jīng)過11個月采煤174.4萬噸后，中板最大磨損量0.98mm，最少磨損量0.29mm，平均磨損量為0.55mm，耐磨性能有了極大的提升。實踐證明無氣自保焊可以有效提高中部槽的耐磨性能，增加了使用壽命，應用于中部槽的再制造有較好的前景。

5 結語

利用無氣自保焊對中部槽進行再制造后的設備具有較強的耐磨性能和使用壽命，降低了礦井對新設備投入的費用降低新設備投入費用，發(fā)揮設備的“全壽命周期”，符合國家發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟的要求，也降低了企業(yè)的生產(chǎn)成本。無氣自保焊在中部槽再制造上有廣闊的應用前景，必將對煤炭企業(yè)的發(fā)展注入新的活力。

參考文獻：

[1]胡元哲.刮板輸送機中部槽磨損失效分析與抗磨措施[J].礦山機械，2009，37（01）：33-36.

[2]龍金明.自保焊藥芯焊絲焊接工藝[J].管道技術與設備，2001（05）

：23-24.