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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。 0 G& N7 e: i1 V9 b; M: Q
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。
$ g( U$ o6 @2 V a8 \" N 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。
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' T( N* F7 t* I0 m! e5 H 一、对铸钢主刀板破坏情况的分析
4 Q A- y9 h3 z* v5 z 1. 磨损形式分析 # W1 X2 a; s$ [
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。
2 [- h$ S/ a% w0 {5 D 2. 断裂形式分析
" e& o9 @$ m q+ S: Y' m O 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: ( v! B; L% H# K3 `1 C
( 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。 % ?1 q0 d0 `% o
二、试验过程
* d; r/ W2 G3 |; y/ e! q2 [ 1. 试验材料的选择 1 B: Q" `& T+ t! O. C$ H4 g
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 。 5 b& h% n* l4 k8 k; C
2. 堆焊工艺 2 ?4 n, X! d$ Q6 U, l
( 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 e& U, A/ a' `/ X- ]
( 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 # Q- h6 y; O w) D: D
1. 堆焊层熔敷金属分析
( V2 o8 E5 y& l/ D' o- K- i- y 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。 8 s5 g% G$ f$ x( n6 |! r7 j$ @) E4 y

% q( T6 r' k6 a# O$ I 2. 试样磨损分析 0 i1 a. ^6 B6 X) U! s. L9 B
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。 0 h* P% h5 d" ~# L$ l

2 j9 e; `$ u! s- \ 3. 成本分析 ; |$ ] @- a" H* ]8 T, K
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。
% [2 O4 V' D9 g% @ 4. 市场反馈信息分析
{# G/ U# a4 |4 a 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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8 C; v; ~! ]( e( ? 四、结语 ; v ^8 @" ^9 t. s9 }
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】 # x0 i7 V+ R9 N7 K, {+ ]
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