重型刮板输送机中部槽修复工艺
【摘要】中部槽是刮板输送机的机身主要构件，它既是刮板链的运行通道，又是采煤机的运行轨道，故工作阻力大，摩损十分严重，须进行定期维修保证较高强度和较好的耐磨性。
针对SGZ630/150中双链重型刮板输送机中部槽的焊接要求，本文从理论上分析了耐磨低合金结构钢（NM360）与槽帮ZG30SiMn之间的焊接工艺要求，在焊前准备、焊接工艺、焊后焊接变形的预防措施等方面提出了合理的工艺方法，并从实践上论证了焊接工艺方法的可行性，从而保证了中部槽良好的焊接机械性能。
【关键词】NM360；ZG30SiMn；碳当量；反变形法；刚性固定法
前言
刮板输送机使用效能取决于中部槽的耐磨性。
如何提高中板耐磨度和中部槽强度是保证中部槽维修质量的前提条件。
公司技术人员通过对材质的分析制定了经济可行的维修方案和合理的焊接工艺措施，从而保证了溜槽维修质量，大大延长使用寿命。
1 经济可行的维修方案
（1）不改变中板和封底板的材质，根据溜槽磨损程度更换中板、封底板。
（2）不改变中部槽的制造工艺，焊接采用富氩气体保护焊。
（3）对于磨损的铲板槽帮顶面用NM360板敷焊修复。
（4）对中板货载表面进行耐磨强化设计，即用PK-YD5堆焊药芯焊丝堆焊一层菱形网格，熔敷金属硬度为HRC53～58，菱形网格厚度为4mm～6mm，菱形条宽度8mm～12mm，从而保证中部槽在运行中只磨损强化耐磨合金层，确保达到并超过普通新中部槽过煤量。
对于中板在基体强度不降低的前提下，可进行多次强化耐磨处理，该循环过程称谓“再制造工艺”，切实做到“废旧不等于废弃”的承诺，实现了中部槽的循环利用。
（5）由于在中板表面堆焊了一层耐磨合金层，在保证安装尺寸不改变的情况下中板厚度由原20mm改为16mm，降低维修成本。
（6）为了保证焊接质量，在封底板底面焊接完成后，将焊枪伸入封底板与中板形成的空间对封底板的另一面两端各焊一条长约300mm的焊缝。
（7）维修后保证图中所示尺寸。
2 制定合理的焊接工艺
2.1 对中板和槽帮钢进行化学成分及力学性能分析，确定焊接工艺。
该机中部槽槽帮采用ZG30SiMn，结构特点为耐磨性好，焊接及液体流动性好，中板及封底板为NM360钢板，具有高强度和高耐磨性。
2.1.1 NM360化学成分分析及碳当量计算
C≤0.2%；Si≤0.8%；Mn≤1.6%；P≤0.025%；S≤0.010%；Mo≤0.5%；Cr≤1%；Ni≤0.6。
其中Si、Mn的加入增加了钢的硬度及耐磨性，C与Mn相配合，使钢具有加工硬化能力，提高抗磨性。
碳当量公式CH=C+Mn/6+（Cr+ Mo+V）/5+（Ni+Cu）/15根据公式计算CHNM360=0.32%，相当于中碳钢，其力学性能主要是抗拉强度δb≥1100MPa，硬度HB330-390。
2.1.2 ZG30SiMn化学成分分析及碳当量计算
C的含量0.24%～0.32%；Mn的含量1.00%～1.40%；Si的含量0.6%～0.8%；Ni≤0.5%；Mo≤0.4%；Cr≤0.7%；S≤0.04%；P≤0.025%；其中加入Si、Mn增加了钢的硬度及耐磨性，C与Mn相配合，使钢具有加工硬化能力，提高抗磨性。
Cr、Mo等合金元素可以降低临界冷却速度，促使钢生成马氏体，改善钢的焊接性能。
碳当量公式CH=C+Mn/6+（Cr+ Mo+V）/5+（Ni+Cu）/15根据公式计算CHZG30SiMn=0.42%，则也相当于中碳钢，其力学性能主要是抗拉强度δb≥650 MPa，硬度HB170-220。
根据上述化学成份及力学性能的分析，NM360与ZG30SiMn的焊接实际上相当于两种中碳钢异形母材的焊接。
对于高强度碳钢的焊接采用富氩气体保护焊，即Ar80%，CO220%。
由于富氩气体保护焊电弧稳定，飞溅小，生产效率高；焊缝抗锈能力强，含氢量低冷裂纹倾向小；焊缝光亮、成形美观。
富氩气体保护焊焊缝机械性能优于纯Ar或纯CO2保护焊。
因此采用Ar+ CO2混合气体保护焊，焊机型号为NB-500。
2.2 焊前准备
2.2.1坡口的加工制作
焊前要清除坡口两侧50mm以内的水、锈等污物；坡口制备要求全部采用机械加工完成，保证坡口一致性，若通过气割制备的，一定要修磨露出基体，坡口的平面度保证在0.5mm以内；中板开双面焊接坡口，中板与槽帮间为带钝边的双面V形对接，间隙为2mm～5mm，底板与槽帮为单面V形搭接。
2.2.2 焊前预热
由于NM360的碳当量较大，厚度较大，抗拉强度大，预热有防止冷裂纹、降低冷却速度、减小焊接应力的作用，故应在焊接前进行适当预热。
根据NM360的力学性能应采取的预热温度为120℃～150℃。
由于中部槽长度为1.5m，尺寸大，采用氧气-乙炔气体整体预热的方法，注意预热温度不能过高，否则将增加高温停留时间，减缓冷却速度，促使出现脆性裂纹。
2.3 焊材的选择：
为防止焊接裂缝，减少焊缝药皮，按母材的强度同焊丝强度相等原则，选用GHS-70高强焊丝，焊丝直径1.6mm；对中板表面进行耐磨强化设计堆焊菱形网格时采用PK-YD5堆焊药芯焊丝，焊丝直径1.6mm。
2.4 富氩气体保护焊的工艺参数
保护气体焊接电流A 焊接电压V 焊接极性焊丝直径焊丝伸出长度mm
Ar80%，CO220% 280～300 20～30 直流反接φ1.6m m 焊丝直径×10～15
2.5 焊接变形的控制（1）中部槽的焊后变形主要表现为槽口宽收缩变形和槽帮相对中板的偏转变形。
1）槽口宽收缩变形
中板和底板焊接过程中，焊缝及两边高温部分膨胀，由于受到中板和槽帮的阻碍不能自由伸长而产生压应力，冷却时焊缝及两边高温部分收缩，由于受到中板和槽帮低温部分的约束而产生拉应力，此时中板和槽帮的低温部分产生压缩应力。
由于焊缝的横向收缩使中部槽两侧的槽帮内收产生槽口宽收缩变形，并且这种变形随焊缝的装配间隙增大、中板坡口角度的增大及焊缝长度而增大。
2）槽帮的偏转变形
中部槽共有6条较长的焊缝，其分布特点是：凸凹头中心线上部2条、下部4条，其焊接顺序是：中板上面焊接→中板下面焊接
→底板焊接。
由于焊缝关于凸凹头中心线不对称分布，上少下多，使槽帮的收缩变形量也上少下多，焊后表现为槽帮相对中板的向下偏转变形。
（2）焊后变形的预防措施：针对中部槽的变形特点，结合现工艺条件，在组装工序中主要采用了反变形法和刚性固定法两种工艺措施。
1）反变形法
因为中部槽的焊后变形表现为槽口宽收缩变形，所以在组装时槽口宽B确定为B+△B，预先加上了与焊接变形方向相反的变形补偿量；又因为中部槽焊后还有槽帮相对中板的偏转变形，槽帮的收缩变形量是上少下多，所以上、下槽口宽的变形补偿量△B上、△B下、也不一样。
△B上<△B下，即组装时上下槽口尺寸呈梯形。
经过工艺试验，确定变形补偿量为△B上=2mm～3mm，△B 下=3mm～4mm，且下口△B下比△B上大1mm～2mm。
2）刚性固定法
由于中部槽组件的每个零件存在加工制造误差，不同焊工的焊接技术水平也存在差异，这些都会使中部槽的焊接变形不稳定，所以在反变形的基础上又加上了刚性固定法。
工艺措施是：在中部槽两端上下槽口位置各加焊一根φ42圆钢拉强（焊后去除），采用强制手段来限制和减少焊后变形。
由于在组装工序就采取了反变形法和刚性固定法两种合理的工艺措施，上下槽口由组装时的梯形焊后收缩变形为平行，焊后上下槽口尺寸的变化范围一般在0mm～3mm，符合图纸加工要求。
3 结语
由于一般常规维修不能满足使用要求，因此需要修复的中部槽均委外维修。
维修量大，成本高。
从2013年起开始采用此技术进行维修，已维修1000节中部槽，陆续投入使用，至今未反映有任何质量问题。
相对于以往委外维修每节中部槽可节约资金约2000元，每年为企业节约维修费约100万元。
此项焊接工艺在我公司的推广应用大大提升了我公司矿山机械设备的维修质量，降低了维修成本，同时为公司自主开发刮板机产品积累了宝贵的经验。
参考文献：
[1]MT183-88《刮板输送机中部槽》.中华人民共和国煤炭行业标准.
[2]《工程机械用高强度耐磨钢》中华人民共和国国家标准.
[3]《焊接手册》.机械工业出版社，1992.。