混凝土泵車用耐磨堆焊焊絲工藝評(píng)定方案

白林振，韓猛，王云飛，趙保雷，張彭飛

徐州徐工施維英機(jī)械有限公司 江蘇徐州 221000

1 序言

混凝土泵車由于其機(jī)動(dòng)靈活性而得到建筑行業(yè)的廣泛應(yīng)用，其與混凝土攪拌運(yùn)輸車配合工作，將混凝土泵送至指定位置，從而完成工程任務(wù)[1]。在一些大型工程施工中，為滿足在短時(shí)間內(nèi)澆灌大量混凝土的需要，泵車的泵送排量需不斷增大，這導(dǎo)致泵車中的S管閥等易損件磨損快或使用壽命縮短，需頻繁更換，影響正常施工[2]。堆焊是利用焊接熱源將具有耐磨、耐腐蝕、耐高溫或抗氧化等一定性能的材料熔敷到焊件表面上，形成冶金結(jié)合的一種工藝過(guò)程。目前，堆焊工藝已廣泛應(yīng)用于混凝土泵車結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn)過(guò)程中[3，4]。

近幾年，堆焊材料行業(yè)發(fā)展很快，成立了很多堆焊藥芯焊絲企業(yè)，其中絕大部分為粗直徑（φ2.4～φ3.2mm）堆焊藥芯焊絲。因?yàn)榇种睆蕉押杆幮竞附z堆焊效率高，所以早在電廠磨煤輥、鋼廠軋輥、水泥行業(yè)輥壓機(jī)和立磨中獲得了大量應(yīng)用[5]。

耐磨焊絲性能好壞直接決定了耐磨易損件的使用壽命。但是，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，針對(duì)混凝土泵車堆焊完成的工件性能評(píng)定方法缺失，導(dǎo)致各公司焊絲選擇比較盲目，待市場(chǎng)反饋有問(wèn)題之后再更換會(huì)造成大量損失。本文提供了一種耐磨焊絲性能評(píng)定方法，并根據(jù)此方法選擇了一款最優(yōu)焊材。

2 試驗(yàn)方案

目前，徐州徐工施維英機(jī)械有限公司公司在用焊材為某廠家提供的φ1.6mm氣保護(hù)藥芯耐磨焊絲，與φ2.8m m耐磨焊絲相比，由于其堆焊效率低、使用成本高，因此預(yù)備升級(jí)為φ2.8mm耐磨焊絲。為選擇適用于公司產(chǎn)品的焊絲，特組織了工藝評(píng)定試驗(yàn)，邀請(qǐng)了業(yè)內(nèi)知名焊絲廠家，最終采用8家共11款焊絲進(jìn)行試驗(yàn)，焊絲編號(hào)明細(xì)見(jiàn)表1。

表1 工藝評(píng)定用耐磨焊絲明細(xì)

本次試驗(yàn)所有焊絲均由同一人在相同材質(zhì)樣板上完成堆焊一層，堆焊層厚度3mm，保證所有焊絲在同一平臺(tái)、同一環(huán)境及相同影響因素下完成整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程。堆焊完成后取樣，并進(jìn)行洛氏硬度測(cè)試、顯微金相及濕砂磨損試驗(yàn)，各試驗(yàn)指標(biāo)及試驗(yàn)過(guò)程如下。

（1）顯微金相 試樣鑲嵌后，按堆焊層→過(guò)渡層→顯微金相組織觀察，同步對(duì)比各款焊絲堆焊完成后的組織成分。

（2）洛氏硬度測(cè)試 按照GB/T 230.1—2009《金屬材料 洛氏硬度試驗(yàn)方法》進(jìn)行洛氏硬度試驗(yàn)。試驗(yàn)所需的試樣經(jīng)線切割→銑面→精磨之后，進(jìn)行洛氏硬度檢測(cè)，每個(gè)試樣選取三個(gè)不同位置，輸出每個(gè)位置的硬度值，并計(jì)算平均硬度，同步對(duì)比。

（3）濕砂磨損試驗(yàn) 使用濕砂磨損試驗(yàn)機(jī)，砂粒直徑0.1mm，加載力98N（10kg），試驗(yàn)1000r/min，根據(jù)試驗(yàn)前后的樣件重量來(lái)評(píng)估磨損損失量，從而進(jìn)一步評(píng)估該焊絲堆焊層的耐沖擊性能。

3 試驗(yàn)結(jié)果

3.1 顯微金相

各試樣堆焊層金相組織如圖1所示。金相分析結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 堆焊層金相組織分析結(jié)果

圖1 堆焊層顯微金相結(jié)果（500×）

堆焊完成后的耐磨層，所獲得的理想金相組織是均勻的初生及共晶相碳化物+奧氏體基體組織，一旦析出碳化物不均勻甚至不能析出碳化物，而形成了枝狀晶，則將直接影響堆焊層的硬度及耐沖擊性能。而馬氏體的出現(xiàn)將使得晶粒粗大，雖然提高了堆焊層的硬度，但卻降低了耐沖擊性能。

由金相檢驗(yàn)結(jié)果可以看出，8號(hào)焊材形成的堆焊層組織最理想；而6號(hào)焊材全部形成了馬氏體組織，其耐沖擊性能最差。

3.2 洛氏硬度測(cè)試

洛氏硬度測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 堆焊層洛氏硬度測(cè)試結(jié)果 （HRC）

由表3可以看出，洛氏硬度值最高的為8號(hào)焊絲，最低的為9號(hào)焊絲。

試驗(yàn)所得硬度值普遍低于焊絲本身的保證值，分析原因：一是焊接操作人員初次使用φ2.8mm藥芯焊絲及相應(yīng)焊接設(shè)備，對(duì)φ2.8mm焊絲堆焊工藝不熟悉，導(dǎo)致合金燒損嚴(yán)重，從而影響了堆焊層硬度；二是由于堆焊層相對(duì)較薄，母材Q355B鋼對(duì)堆焊層的稀釋作用明顯，導(dǎo)致堆焊層表面的硬度值顯現(xiàn)較低。但由于試驗(yàn)用所有焊絲均在同一平臺(tái)、同一環(huán)境及相同影響因素下完成，因此所得結(jié)果可以反映出各家焊絲的優(yōu)劣情況。

3.3 濕砂磨損試驗(yàn)

濕砂磨損試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 濕砂磨損試驗(yàn)結(jié)果 （g）

由試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，沖擊磨損量最少的為5號(hào)焊絲，最大的為2號(hào)焊絲。

組織決定性能，2號(hào)、3號(hào)兩款焊絲的金相組織中均出現(xiàn)了馬氏體組織，硬度雖然提高，但會(huì)降低其耐沖擊性能，因此其沖擊磨損量最大。而4號(hào)、5號(hào)、6號(hào)焊絲組織均勻，且為共晶碳化物+奧氏體組織，沒(méi)有出現(xiàn)馬氏體組織，因此其耐沖擊性能較佳。

為綜合評(píng)價(jià)試驗(yàn)焊絲，針對(duì)已經(jīng)排名的硬度值及沖擊磨損量值分別進(jìn)行打分，第一名11分，第二名10分，依次類推，最后一名得1分，最終算出來(lái)各家得分見(jiàn)表5。

表5 綜合得分明細(xì) （分）

綜合排名前三的分別為8號(hào)、4號(hào)、1號(hào)焊。

4 工程驗(yàn)證

綜合考慮價(jià)格原因，最終選擇8號(hào)耐磨焊絲進(jìn)行了小批量試用，并對(duì)產(chǎn)品在市場(chǎng)表現(xiàn)進(jìn)行了跟蹤。跟蹤結(jié)果顯示，S管閥、裙閥、彎管等易損件壽命較原來(lái)延長(zhǎng)約15%，且車間內(nèi)的生產(chǎn)效率較原有生產(chǎn)方式提升約35%，耐磨焊絲使用成本下降20%，達(dá)到了預(yù)期效果。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)在用堆焊耐磨焊絲升級(jí)項(xiàng)目為契機(jī)，確定了一種混凝土泵車耐磨堆焊焊絲工藝評(píng)定方法，并根據(jù)此方法篩選出了適用的耐磨焊絲。

混凝土泵車用耐磨堆焊焊絲工藝評(píng)定方法總結(jié)如下。

1） 顯微金相觀察堆焊層組織。

2） 洛氏硬度測(cè)試評(píng)價(jià)堆焊層硬度。

3） 濕砂磨損試驗(yàn)評(píng)價(jià)抗沖擊性能。

最后，根據(jù)三個(gè)指標(biāo)對(duì)堆焊結(jié)構(gòu)性能影響的重要度進(jìn)行打分，輸出綜合得分，綜合得分越高，針對(duì)此種工況下的焊絲使用性能越好。