中部槽端头的热处理及焊接工艺改进.doc

中部槽端头的热处理及焊接工艺改进王星 牛永晨 （晋城无烟煤矿业集团有限责任公司机电总厂）摘要： 通过对764/132桥式转载机中部槽端头（材料为ZGMn13）铸件进行水韧处理并采用新的焊接工艺与槽帮钢焊接，解决了焊件裂纹问题，保证了产品的质量，取得了较好的经济效益。关键词：ZGMn13 水韧处理 焊接 工艺1 概述764/132转载机是晋城煤业集团机电总厂开发生产的新产品，中部槽是其重要的部件之一。如图所示：其端头的材质为ZGMn13，属高锰钢铸件，耐磨性能好。该端头需和中部槽的槽帮钢（低合金钢）焊接，焊缝高度为16mm。但是按照常规的生产工艺会在端头和槽帮钢的焊缝上产生裂纹，致使生产无法进行。针对该技术问题，经反复试验分析后，我们先对端头铸造后采用水韧处理，然后改进焊接工艺，解决了焊接裂纹问题，保证了产品的质量，取得了满意的效果。2 原制造工艺过程分析该中部槽端头原生产制造工艺过程21 铸造ZGMn13端头铸件，然后进行退火处理。22 将端头与中部槽采用CO2气体保护焊焊接，其焊接工艺参数如下：（1）、设备：XC500，CO2气，气体保护焊机；（2）、焊材；1.2、HO8SiAHAN焊丝；（3）、焊接规范：电流300350A，电压2939V，气流量1822L/Min，焊丝伸出长度10 mm14mm，焊速45cm/min，焊缝分六遍焊成，即第一遍焊缝达6mm，第二遍焊缝达8mm，第三遍焊缝达10mm，第四遍焊缝达12mm，第五遍焊缝达14mm，第六遍焊缝达16mm。（4）、焊接形式：采用连续焊接，焊接后自然冷却。按照上述工艺焊接后焊缝处出现裂纹，致使下道工序无法进行。针对上述问题，我们对原施工工艺进行了分析，发现其原因是：1 高锰钢在铸造状态比较脆、硬度较高。其铸态组织中除奥氏体相外，还有沿晶界析出的碳化物，使塑性、韧性降低。2 高锰钢的焊接性能是比较差的，在焊接热影响区析出碳化物，引起脆化，并在焊缝上产生裂纹。3 工艺改进的机理31 为了得到高韧性，高锰钢必须经过热处理，以消除铸态组织中晶内和晶界上的碳化物，得到单一的奥氏体组织。要消除ZGMn13铸态组织中的碳化物，必须将其加热至高温奥氏体区即10000C以上，经过足够的保温时间，使碳化物充分溶入奥氏体中，并在此温度下迅速浸入冷水中，以快速冷却条件使过饱和的碳固溶于奥氏体中，以获得单一的奥氏体组织。这种热处理工艺是以水急冷获得性能柔韧的奥氏体组织，此工艺即水韧处理。32 高锰钢铸件在水韧处理后，碳全部固溶于奥氏体中，室温下呈单相奥氏体组织，具有很好的韧性。但是这种钢若再次受热超过250时，就有可能沿晶界析出碳化物，使韧性降低。因此为减少碳化物的析出，应加快冷却速度，缩短在高温下的停留时间，最好在边焊边冷却的条件下进行。33 为了和端头材料相适应，采用高锰钢焊条或奥氏体不锈钢焊条，这类焊丝的优点是：具有较高的耐腐蚀性能和在冲击下能迅速被加工硬化以及焊接高锰钢与碳钢或低合金钢的异种钢时容许有较高的稀释。4 改进后的生产工艺过程：41 铸造ZGMn13端头铸件，然后进行水韧处理。其处理工艺如下：（1）、水韧温度：10501080。（2）、加热速率：先加热到6500C，保温1.5小时，再快速加热到水韧温度。因为高锰钢比一般碳钢的导热性差，铸件在加热时易引起应力，因此其加热速率应根据铸件的壁厚和形状而定。一般薄壁简单铸件可采用较快速率加热；厚壁铸件则宜采用缓慢加热。为减少铸件在加热过程中的变形或开裂，生产上常采用预先在6500C保温，再快速升到水韧温度的处理工艺。（3）、保温时间：1.5小时。保温时间主要取决于铸件的壁厚，以确保铸态组织中的碳化物完全溶解和奥氏体的均匀化。通常保温时间可按铸件壁厚每25mm保温1小时计算。（4）、冷却：由于冷却过程对铸件规定的性能指标及组织状态有很大影响，水韧处理时，铸件入水前的温度应在9500C以上。为此，铸件从出炉到入水不应超过2分钟，水温保持在400C以下。水韧处理后可根据铸件的要求及复杂程度适当进行回火。但回火温度不应超过2500C。同时为缩短热处理周期，可利用铸态余热进行高锰钢水韧处理。其工艺为：铸件于1100-11800C时自铸型中取出，经除芯清砂后，铸件温度允许冷却到900-10000C，然后装入加热到105010800C的炉内保温35小时后水冷。该处理工艺不仅简化了热处理工艺、减少铸件在型内的冷却时间，而且可提高铸件的性能。利用余热处理的高锰钢铸件冲击韧性比常规处理的提高515，其使用寿命提高50。4.2 ZGMn13端头铸件与中部槽槽帮钢的焊接工艺如下：（1）、焊接工艺参数：1）设备：BX500交流弧焊机2）、焊材：奥氏体不锈钢焊条 3）、焊接电流：160A（2）焊接工艺：1）、焊前准备：为防止焊接产生裂纹和保证焊缝的塑性与韧性，先用Cr-Ni奥氏体焊条GB E30915在矿用槽帮钢被焊接的端面堆焊一层奥氏体钢作隔离道，并且在堆焊时要将GB E30915焊条经3501.5小时烘干，因焊接电流偏大，焊速应略慢，以保证熔合区镍含量大于5%6%，防止产生对裂纹敏感的马氏体。再用D266焊条堆焊ZGMn13端头被焊接的端面。2）、用3.2D266焊条进行槽帮钢与端头两侧对称的定位焊，焊缝长度不超过30mm。在焊后立即水冷并锤击。3）、对称定位焊焊完后，用4.0D266焊条进行断续焊，焊接电流160A，一根焊条分三次焊，每次停焊时，及时用水冷却焊道至50以下，并进行锤击，以消除热应力与防止碳化物析出。4）、在进行断续焊接时，每焊完二层则进行上下焊缝轮换焊接以保证焊接的对称性，直至焊脚达16mm为止。每焊完一道用放大镜检查开裂情况，如有裂纹则用手砂轮清除后再焊接。 5 结论通过对中部槽端头的热处理及焊接工艺的改进，不仅解决了764/132桥式转载机重要部件的生产，而且对后来我厂生产的破碎机出、入料腔底槽的生产打下了基础，并且对今后生产SGZ764/400型输送机中部槽端头改为ZGM