堆焊在装载机主刀板上的应用

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【摘要】 针对装载机主刀板在使用过程中出现的耐磨性差和断裂问题，采用在Q345 ( 16 Mn) 钢板基体上堆焊耐磨层的主刀板来代替原铸钢主刀板，利用基体力学性能高和表面堆焊层耐磨性好的特点，解决了原铸钢主刀板耐磨性差和断裂问题，提高了主刀板的使用寿命。

    装载机主刀板位于铲斗最前方，如图1 所示，作业时直接作用于物料。在装载机的使用过程中，市场上对以下两个问题反映比较突出：①主刀板耐磨性较差。②主刀板断裂情况较多。为彻底解决以上问题，我公司决定采用在Q345 ( 16 Mn) 基体上堆焊耐磨层的主刀板代替原铸钢材料的主刀板。

    本文对铸钢主刀板的磨损和断裂情况进行了分析，并试验了多种耐磨材料，从中选择了合适的耐磨材料，使主刀板的性能达到了要求。

 

    一、对铸钢主刀板破坏情况的分析

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    1. 磨损形式分析

    装载机作为一种重要的工程机械，其主要作业对象是土方、砂石、煤炭、硬金属屑( 比如钢渣) 等。这些类型的磨料在压力作用下，对铲斗主刀板进行显微切削，即产生了磨损。再对市场反馈的信息分析，断定主刀板主要磨损形式为磨料磨损，其次在作业大块砂石时还存在冲击磨损。

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    2. 断裂形式分析

    对市场上发生的装载机主刀板的断裂情况进行观察，发现断裂区域都是从焊接热影响区或铸造缺陷区开始的，在主刀板使用过程中，常会从这些薄弱区域开始断裂，然后迅速扩展，造成主刀板脆断。通过对主刀板生产过程进行分析，查出造成主刀板产生薄弱区域的因素主要有：

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    ( 1) 主刀板有铸造缺陷，铲斗使用时容易发生断裂。
    ( 2) 因工作效率、场地等因素的影响，主刀板焊接时预热温度不够或者焊后保温时间短等工艺措施不到位。
    ( 3) 焊接工艺参数不当，热输入量过大，使焊接过热区力学性能急剧下降。装载机使用不当，特别是仅仅用单个斗齿崛起大重量物料时，受力过于集中。

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    二、试验过程

    1. 试验材料的选择

    主刀板基体材料选择力学性能高、焊接性好的低合金结构钢Q345 ( 16 Mn) 。根据主刀板的磨损形式及特点，堆焊焊条我们选择能承受一定冲击载荷并耐磨损的Cr - Mo - V 合金系材料。经过多方查找资料，我们选择了三种焊条材料进行试验，分别是市售耐磨堆焊焊条D227 、F W—4102 以及在D227 合金基础上改进的焊条XM—6 。

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    2. 堆焊工艺

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    ( 1) 堆焊前准备 ①主刀板坡口需用刨床机加工出来，待堆焊区域表面不允许有氧化皮、锈蚀、油污等污物。②堆焊焊条焊前需烘干，烘干温度300 ～350 ℃，保温1h 。③ 堆焊时，使用直流弧焊电源，采用反极性接法。

    ( 2) 堆焊工艺要点 ①为使堆焊层达到最好的耐磨状态，防止耐磨层合金元素过渡和稀释，堆焊分两层，每层焊接参数、焊缝尺寸、焊道间距等见表1 。②要求整个堆焊过程连续进行，尽量缩短每道间断时间，以保证层间温度。③前道焊缝焊后清理药皮、氧化皮等；如果有未熔合等焊接缺陷，可以进行局部焊补，焊后用珍珠粉或硅酸盐保温6h。④堆焊层总高度3 ～5mm，焊后用油压机校平。

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    三、堆焊效果分析

    1. 堆焊层熔敷金属分析

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    利用直读光谱仪对堆焊层金属进行化学成分分析，具体数据见表2 。由表2 可看出， 焊条D227 和XM—6相对于FW—4102 主要是减少了可以使熔敷金属加工硬化的Mn；同时相对于FW—4102 和铸钢增加了可以使熔敷金属弥散强化的Mo 和V。

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    2. 试样磨损分析

    在试验机上对三种堆焊的熔敷金属和原铸钢试块进行磨损试验， 耐磨性通过磨损量来衡量。根据铲斗主刀板作业对象， 选取三种磨料进行磨损试验， 分别是粗刚玉磨料、细湿石英沙磨料以及粗河沙磨料， 磨损时间为4h， 试验机的运转速度恒定。磨损试验结果分别见图3 、图4 、图5 ， 根据对试块的磨损分析， 决定选用XM—6堆焊焊条。

 

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    3. 成本分析

    尽管堆焊前需要对主刀板进行切割下料和机加工，但减少了主刀板与斗体焊接前的预热和焊后保温，所以堆焊主刀板比铸钢材料仍便宜很多，并且相对于铸钢材料性能又大大提高，减少了售后服务。另外，从成本上来讲， 堆焊主刀板也优于原铸钢材料，表3 是主刀板生产成本对比。

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    4. 市场反馈信息分析

    用选定的焊条XM—6 做堆焊材料， 首批试验了100台装载机， 在使用了3 个月后对试验装载机进行了市场调研。结果表明， 堆焊后的主刀板在市场上反映良好，耐磨性较以前有很大的提高， 特别是主刀板断裂问题已经杜绝。

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    四、结语

    堆焊主刀板代替铸钢主刀板不仅提高了主刀板的耐磨性， 而且还从根本上解决了铸钢主刀板断裂的问题，提高了装载机的使用性能。【MechNet】