生產(chǎn)工藝對(duì)礦用圓環(huán)鏈質(zhì)量的影響

楊文廣 張曉軍

（山西晉煤集團(tuán)成莊礦，山西 晉城 048021）

礦用高強(qiáng)度圓環(huán)鏈?zhǔn)枪伟遢斔蜋C(jī)上的牽引用鏈條，其質(zhì)量和性能優(yōu)劣將直接影響刮板輸送機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)而影響到煤礦安全生產(chǎn)進(jìn)度。所以，國內(nèi)外各煤炭企業(yè)對(duì)礦用高強(qiáng)度圓環(huán)鏈的質(zhì)量及綜合性能要求很高，如何生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的礦用高強(qiáng)度圓環(huán)鏈就成為了各制鏈企業(yè)的重要研究課題。

礦用高強(qiáng)度圓環(huán)鏈的主要制造工序?yàn)椋合铝稀庢湣W光對(duì)焊→一次拉伸→熱處理→二次拉伸→拋丸→測長配對(duì)→浸漆→成品入庫。在整個(gè)生產(chǎn)過程中，各生產(chǎn)工序環(huán)環(huán)相扣，任何一道工序的短板都有可能影響到礦用高強(qiáng)度圓環(huán)鏈的成品質(zhì)量與性能。本文通過對(duì)礦用高強(qiáng)度圓環(huán)鏈的生產(chǎn)工序逐個(gè)進(jìn)行解析，分析各工序不同工藝對(duì)圓環(huán)鏈產(chǎn)品質(zhì)量的影響。

1 礦用高強(qiáng)度圓環(huán)鏈質(zhì)量要求

國標(biāo)及歐標(biāo)對(duì)礦用高強(qiáng)度圓環(huán)鏈的質(zhì)量及性能要求主要包括三方面，即表面質(zhì)量、工藝尺寸與力學(xué)性能。

1.1 表面質(zhì)量與工藝尺寸

國標(biāo)及歐標(biāo)要求鏈環(huán)表面不能有目視可見的夾渣、燒傷、裂紋、凹陷等質(zhì)量缺陷，同時(shí)要求主要尺寸如節(jié)距、內(nèi)寬、外寬、直徑等必須滿足標(biāo)準(zhǔn)尺寸。

1.2 力學(xué)性能

首先，為滿足礦用高強(qiáng)度圓環(huán)鏈強(qiáng)度要求，高品質(zhì)礦用高強(qiáng)度圓環(huán)鏈其破斷負(fù)荷必須大于等于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的破斷負(fù)荷值；其次，為防止礦用高強(qiáng)度圓環(huán)鏈在使用過程中過早出現(xiàn)塑性變形影響使用，標(biāo)準(zhǔn)要求礦用高強(qiáng)度圓環(huán)鏈在試驗(yàn)負(fù)荷下，試驗(yàn)延伸率≤1.6%。礦用高強(qiáng)度圓環(huán)鏈在使用過程中經(jīng)過鏈輪、溜槽接口時(shí)會(huì)受到多次小能量疲勞沖擊、振動(dòng)，有可能造成疲勞破斷；礦用高強(qiáng)度圓環(huán)鏈在使用過程中遭遇驟然制動(dòng)或卡拌時(shí)會(huì)承受較大的沖擊負(fù)荷。所以高品質(zhì)礦用高強(qiáng)度圓環(huán)鏈除應(yīng)滿足高強(qiáng)度要求外，還應(yīng)滿足較高的韌性及抗疲勞沖擊性能。礦用高強(qiáng)度圓環(huán)鏈拉伸破斷時(shí)，其破斷伸長率必須≥12%。

2 影響圓環(huán)鏈表面質(zhì)量及主要力學(xué)性能的工序

2.1 編鏈

當(dāng)前礦用高強(qiáng)度圓環(huán)鏈的編鏈工藝可分為冷態(tài)編鏈與熱態(tài)編鏈。冷態(tài)編鏈因不需對(duì)棒料進(jìn)行加熱，在將棒料威彎成鏈環(huán)過程中會(huì)產(chǎn)生較大的威彎抗力，過大的威彎抗力易損壞芯模等編鏈設(shè)備工裝，因而冷態(tài)編鏈常用于生產(chǎn)Φ22mm 以下小規(guī)格鏈條。生產(chǎn)Φ26mm 以上大規(guī)格礦用圓環(huán)鏈普遍采用熱態(tài)編鏈工藝，即需要在編鏈前將棒料加熱到一定溫度，以減小棒料編鏈過程中的威彎抗力。但熱態(tài)編鏈對(duì)棒料進(jìn)行加熱的溫度須控制在Ac3 奧氏體化溫度之下，以免編后鏈環(huán)組織發(fā)生相變，影響后續(xù)閃光對(duì)焊工藝。無論是冷態(tài)編鏈還是熱態(tài)編鏈，編鏈時(shí)棒料在編鏈機(jī)工裝模具作用下，都會(huì)產(chǎn)生一定拉伸變形，且肩部變形最大。棒料被編成鏈環(huán)后，鏈環(huán)肩部由于拉伸變形直徑相應(yīng)變小，其可以承受的最大破斷負(fù)荷也會(huì)隨之減小，該影響因素在熱態(tài)編鏈生產(chǎn)Φ42mm 及以上大規(guī)格礦用圓環(huán)鏈時(shí)尤為明顯。因而在生產(chǎn)大規(guī)格礦用圓環(huán)鏈時(shí)，對(duì)編鏈工序的溫度控制非常重要，溫度過低難以達(dá)到減小威彎抗力的作用，溫度過高除組織易發(fā)生相變外鏈環(huán)肩部高溫變形大，徑縮現(xiàn)象更為明顯。此外，編鏈過程中鏈環(huán)與編鏈機(jī)工裝模具觸碰產(chǎn)生的物理損傷及目視可見的凹陷，在影響其表面質(zhì)量的同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致鏈環(huán)疲勞強(qiáng)度下降。

編鏈時(shí)除棒料加熱溫度外，工藝尺寸對(duì)最終產(chǎn)品的性能也會(huì)產(chǎn)生重要影響。編后鏈環(huán)節(jié)距過大，會(huì)使焊接完成后鏈環(huán)節(jié)距與成品標(biāo)準(zhǔn)節(jié)距相差偏小，拉伸校正量會(huì)隨之減少。而拉伸校正量不足會(huì)伴隨產(chǎn)生鏈環(huán)拉伸強(qiáng)化不足，最終結(jié)果為圓環(huán)鏈試驗(yàn)負(fù)荷伸長率超標(biāo)，在鏈條使用中易出現(xiàn)強(qiáng)度“偏軟”的問題。反之，編鏈后鏈環(huán)節(jié)距過小，易使圓環(huán)鏈在拉伸校正時(shí)出現(xiàn)拉伸負(fù)荷及拉伸校正形變過大，鏈條直臂內(nèi)凹，此時(shí)鏈條雖拉伸及破斷負(fù)荷較高，但形變過大的同時(shí)微觀組織位錯(cuò)量增多以及成品鏈條內(nèi)應(yīng)力迅速增大，產(chǎn)品的沖擊韌性及使用壽命大幅降低，最終產(chǎn)品質(zhì)量同樣不合格。

2.2 閃光對(duì)焊

閃光對(duì)焊是整個(gè)圓環(huán)鏈生產(chǎn)過程中最關(guān)鍵的工序，焊接質(zhì)量的好壞直接決定了圓環(huán)鏈的性能。礦用圓環(huán)鏈普遍采用預(yù)熱閃光對(duì)焊，圓環(huán)鏈焊接工藝的科學(xué)選擇與調(diào)整除需滿足焊接端面有較好的熔融溫度外，鏈環(huán)端面與周圍熱影響區(qū)的溫度梯度同樣對(duì)焊接質(zhì)量有較大影響。采用預(yù)熱閃光對(duì)焊時(shí)，通過對(duì)應(yīng)材質(zhì)、鏈環(huán)規(guī)格選擇科學(xué)的焊接電流、接觸/返回時(shí)間、預(yù)熱閃光次數(shù)、連續(xù)閃光燒化量等焊接工藝參數(shù)可使鏈環(huán)焊接端面與熱影響區(qū)同時(shí)達(dá)到預(yù)期溫度范圍，再配合調(diào)整適當(dāng)?shù)捻斿懰俣扰c頂鍛量，即可得到鏈環(huán)理想的焊接質(zhì)量。否則易導(dǎo)致：（1）焊接端面溫度過高，熱影響區(qū)溫度過高，焊后鏈環(huán)焊接端面及熱影響區(qū)高溫變形容易，易致使焊接端面頂鍛強(qiáng)度不夠，達(dá)不到鍛造的目的。此外，高溫焊接端面極易形成粗大的魏氏組織，即使經(jīng)后續(xù)熱處理仍不能完全消除，為產(chǎn)品質(zhì)量留下隱患；（2）焊接端面溫度高，熱影響區(qū)溫度低。焊接端面與熱影響區(qū)溫度梯度偏大，一方面會(huì)產(chǎn)生較大的焊接應(yīng)力，焊后熱處理前的一次拉伸校正時(shí)鏈環(huán)易在熱影響區(qū)附近發(fā)生斷裂；另一方面會(huì)加速焊接端面向熱影響區(qū)溫度傳導(dǎo)，加快焊接端面降溫，焊后端面易形成貝氏組織，而不易形成較為理想的索氏體組織；（3）焊接端面溫度底，熱影響區(qū)溫度低。此時(shí)無法形成很好的焊接熔融面，焊后頂鍛會(huì)使原本極少量的塑性組織被擠出，致使倆焊接端面形成低溫剛性接觸，焊接質(zhì)量較低。

2.3 熱處理

2.3.1 淬火

當(dāng)前礦用高強(qiáng)度圓環(huán)鏈熱處理工序普遍采用連續(xù)式中頻感應(yīng)加熱方式。相較于傳統(tǒng)熱傳導(dǎo)熱輻射加熱方式，使用中頻感應(yīng)加熱，熱處理工件的升溫速度及冷卻速度更快，容易形成更細(xì)致均勻的微觀組織。然而，利用中頻感應(yīng)原理對(duì)工件進(jìn)行熱處理時(shí)，鏈環(huán)在加熱過程中存在電磁感應(yīng)的趨膚效應(yīng)以及鏈環(huán)肩部存在電磁感應(yīng)的退磁性和臨近效應(yīng)[1]，會(huì)使同一鏈環(huán)不同部位的加熱速度及最終淬火溫度存在較大差異。為了保證圓環(huán)鏈的淬火質(zhì)量，當(dāng)采用中頻感應(yīng)熱處理時(shí)其表面不同部位淬火溫度較傳統(tǒng)熱處理高于Ac3 溫度，且同一鏈環(huán)肩部溫度會(huì)高于直臂溫度約60~90℃。有研究表明當(dāng)鏈環(huán)頂部加熱溫度達(dá)到970~990℃時(shí)，可獲得最佳強(qiáng)韌性配合，淬火態(tài)組織為板條馬氏體組織，晶粒度級(jí)別為10級(jí)左右[2]。所以在淬火階段，表面溫度的控制至關(guān)重要。

2.3.2 回火

圓環(huán)鏈回火階段，如果回火溫度過低，則淬火組織轉(zhuǎn)變效果不明顯，同時(shí)淬火應(yīng)力難以消除,鏈環(huán)焊接處如存在缺陷還易產(chǎn)生應(yīng)力集中使其在使用早期發(fā)生焊口斷裂現(xiàn)象。同時(shí)回火溫度低對(duì)應(yīng)鏈環(huán)的整體硬度會(huì)偏高,鏈環(huán)的直臂外側(cè)與輸送機(jī)的中板摩擦易產(chǎn)生裂紋,在煤礦井下腐蝕環(huán)境中，極易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕或腐蝕疲勞斷裂。圓環(huán)鏈硬度偏高的同時(shí)韌性會(huì)大幅降低，同樣不利于產(chǎn)品質(zhì)量。如回火溫度過高則鏈環(huán)的強(qiáng)度達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求。圓環(huán)鏈在使用中容易發(fā)生塑性伸長變形，且鏈環(huán)整體硬度偏低, 也易使鏈環(huán)肩部內(nèi)側(cè)相互鉸接處及肩部外側(cè)與鏈輪接觸處抗磨損強(qiáng)度降低，影響產(chǎn)品使用壽命。

2.4 拉伸校正

現(xiàn)在的礦用高強(qiáng)度圓環(huán)鏈在生產(chǎn)過程中普遍進(jìn)行兩次拉伸校正作業(yè)，第一次拉伸校正是在圓環(huán)鏈焊接完成后，第二次拉伸是在熱處理完成后。所以通過調(diào)整兩次拉伸校正的拉伸量，可以對(duì)形變強(qiáng)化的程度進(jìn)行控制，通過與熱處理工藝的配合，就能達(dá)到合格的實(shí)驗(yàn)負(fù)荷伸長率。二次拉伸鏈條拉伸負(fù)荷不足，實(shí)驗(yàn)伸長率超標(biāo)，此時(shí)可以降低一次拉伸的拉伸量，提高二次拉伸的拉伸量，從而提高鏈條拉伸負(fù)荷，達(dá)到降低鏈條實(shí)驗(yàn)伸長率的目的。

2.5 拋丸

在礦用高強(qiáng)度圓環(huán)鏈生產(chǎn)過程中，拋丸不只用于去除氧化皮，還是一種表面強(qiáng)化工藝。對(duì)圓環(huán)鏈進(jìn)行拋丸可以提高鏈環(huán)的表面殘余壓應(yīng)力，表面壓應(yīng)力的存在可以防止裂紋在受壓的鏈環(huán)表層萌生和擴(kuò)展，延緩鏈條出現(xiàn)疲勞斷裂的情況，可顯著提高鏈條的疲勞強(qiáng)度。

3 結(jié)語

礦用高強(qiáng)度圓環(huán)鏈各生產(chǎn)工序都可能對(duì)最終的產(chǎn)品質(zhì)量及力學(xué)性能造成影響，有的可以造成表面缺陷，有的可以降低力學(xué)性能，有的工序還可以對(duì)產(chǎn)品性能產(chǎn)生極大地提升，所以發(fā)掘出每個(gè)工序?qū)A環(huán)鏈產(chǎn)品的影響，對(duì)提高圓環(huán)鏈產(chǎn)品質(zhì)量及性能有著很重要的意義。