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    合金鑄鋼與高強度耐磨鋼焊接工藝研究

    2021-05-26 01:07:04曹成銘郝傳海王書存尹楠楠
    礦山機械 2021年5期
    關(guān)鍵詞:耐磨鋼焊絲力學(xué)性能

    曹成銘,郝傳海,王書存,喬 飛,尹楠楠

    1中國礦業(yè)大學(xué)機電工程學(xué)院 江蘇徐州 221116

    2山東能源重裝集團(tuán)恒圖科技有限公司 山東泰安 271222

    3北京戎魯機械產(chǎn)品再制造技術(shù)有限公司 北京 100070

    4山東理工職業(yè)學(xué)院 山東濟(jì)寧 272067

    合金鑄鋼為刮板輸送機中部槽槽幫常用的一種耐磨材料,如 ZG30SiMn、ZG30SiMnMo,具有良好的強度和耐磨性能。寶鋼、舞鋼、山鋼生產(chǎn)的高強度耐磨鋼 NM360~NM50,日本新日鐵公司生產(chǎn)的 JFE 系列鋼,瑞典 SSab 鋼鐵公司生產(chǎn)的 Hardox 系列鋼等,都具有良好的耐磨和耐沖擊性,廣泛應(yīng)用于煤礦機械、工程機械等行業(yè),如刮板輸送機中部槽中板、底板等[1-2]。以上 2 種鋼材由于機械性能優(yōu)異,含碳量及合金元素較高,在焊接過程中均有冷裂紋傾向,屬于難焊接材料[3-6],同時,隨著智能制造技術(shù)的快速發(fā)展,采用機器人焊接,通過制定合理的焊接工藝,控制裂紋傾向,以獲取優(yōu)異的焊接質(zhì)量,成為研究的熱點。

    1 試驗方法

    1.1 試驗材料

    試驗材料分別采用 400 mm×150 mm×45 mm 的ZG30SiMnMo 和 NM450 鋼板,K 型坡口為 30°,鈍邊為 3 mm。其中,ZG30SiMnMo 為調(diào)質(zhì)態(tài),NM450是為煤礦機械和工程機械專門開發(fā)的高強耐磨鋼,鋼板的化學(xué)成分實測值及力學(xué)性能實測值如表 1、2 所列。根據(jù) 2 種鋼板的機械性能,采用低強匹配原則,選用強度為 700 MPa 級的 GHS-70 高強度鋼實心焊絲。該焊絲韌性優(yōu)良,抗冷、熱裂性強,可滿足焊接接頭強度要求,同時也滿足工藝性能要求。

    表1 材料化學(xué)成分 (質(zhì)量分?jǐn)?shù),%)

    表2 材料力學(xué)性能

    1.2 試驗設(shè)備

    采用雙機器人焊接工作站進(jìn)行焊接試驗,焊接電源為林肯 PWR500,機器人采用新松 SR50C 型機械手。人工預(yù)熱焊縫處至 120~150 ℃,利用測溫槍實時監(jiān)控溫度,保證預(yù)熱溫度在要求范圍內(nèi)。

    1.3 檢測評估

    試驗后,用超聲波探傷儀對焊縫進(jìn)行探傷,合格標(biāo)準(zhǔn)為:缺陷不大于總長的 1/3,單個缺陷不得大于100 mm,當(dāng)量缺陷不大于φ3。對焊縫進(jìn)行取樣,并按照 GB228、GB229 做拉伸及沖擊試驗,合格標(biāo)準(zhǔn)為:試樣的抗拉強度應(yīng)不低于 700 MPa,斷裂位置處于焊縫及 ZG30SiMnMo 一側(cè),試樣的常溫沖擊強度應(yīng)不低于 50 J。

    2 焊接工藝性分析

    由表 1 可知,ZG30SiMnMo、NM450 均屬于難焊接材料,可通過碳當(dāng)量Ceq及冷裂紋敏感系數(shù)Pcm進(jìn)行量化分析,計算公式如下:

    計算出的 ZG30SiMnMo、NM450 的碳當(dāng)量Ceq分別為 0.620%、0.479%,冷裂紋敏感系數(shù)Pcm分別為0.419%、0.367%,焊接時均有淬硬傾向。為防止或減少焊接裂紋,焊前需進(jìn)行預(yù)熱處理,焊后及時進(jìn)行熱處理以消除焊接應(yīng)力。焊接過程中應(yīng)盡量保持低氫條件,故采用混合氣體保護(hù)焊方式。

    3 焊接工藝

    確定單絲打底焊接及雙絲填充、蓋面焊接工藝方式,焊接工藝參數(shù)如表 3 所列。首先將試板進(jìn)行組對點固,保證組對間隙 1~2 mm,安裝到工裝夾具上;然后使用預(yù)熱設(shè)備對組對好的試板進(jìn)行預(yù)熱,待溫度均勻、穩(wěn)定后再用紅外線測溫儀測溫,達(dá)到指定溫度后即可焊接;采用 2 臺機器人進(jìn)行焊接,保證 2 根焊絲的前后間距;焊后用石棉覆蓋緩冷,打底焊接及填充、蓋面焊接按照施工工藝進(jìn)行,焊后成形如圖 1 所示。已焊接完成的工件迅速進(jìn)行焊后熱處理,以 30~50 ℃/h 的速度溫升至 480±10 ℃,保溫 4 h 后出爐;退火后,用風(fēng)鏟修磨處理焊縫。

    表3 焊接工藝參數(shù)

    4 結(jié)果分析

    焊接試件力學(xué)性能試驗結(jié)果如表 4 所列,按照上述要求焊接的焊縫均符合要求。采用 PXUT-320 型超聲波探傷儀按照 GB/T 11345 對焊縫進(jìn)行超聲波探傷,6 個試件全部合格。

    圖1 打底焊及滿焊完成后的焊縫

    表4 焊接試件力學(xué)性能試驗結(jié)果

    5 結(jié)語

    選用 GHS-70 實芯焊絲,利用雙機器人焊接工作站對 NM450 和 ZG30SiMnMo 板材進(jìn)行焊接工藝研究,經(jīng)過超聲波探傷及力學(xué)性能測試,證明焊縫符合要求。目前,該工藝已在大型刮板輸送機中部槽焊接中推廣應(yīng)用。

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