挖掘机斗齿和侧板堆焊及补焊工艺在蒙古国项目中的应用

摘　要：根据蒙古国油田基本建设施工过程中挖掘机斗齿及侧板等易损件磨损严重的实际情况，采用堆焊及补焊工艺，合适的堆焊材料、合理的堆焊及补焊工艺，成功进行了现场堆焊及补焊，获得令人满意的效果。

关键词：堆焊　补焊　挖掘机斗齿　侧板

一、施工条件分析

蒙古国的常年平均气温低于我国，油田中使用的注水和供水管道的设计埋深管顶达到3.2米，管沟深度平均在3.5米左右。施工区块的砂化较严重，挖掘机的斗齿、护板磨损严重，为了减少多次更换易损件的影响，要求有增强易损件的耐磨面，在处理各种复杂的受损工件时要有针对性的进行补焊，对挖掘机斗齿、侧板等易损件应用堆焊和补焊工艺来增强其耐磨性能并修复受损部位，起到了节约资金，方便生产的作用。

二、挖掘机斗齿及侧板材质结构分析

对工地使用的挖掘机斗齿进行了测试和解剖的基础上，探讨了斗齿的失效机理，并分析了斗齿的形状、结构及材料。挖掘机斗齿通常是用高锰钢制造的。高锰钢铸件经过淬火热处理后的组织成为奥氏体组织，这种高锰钢韧性强度很高，其表面在受到冲击和挤压时会由于冷变形而硬化，使表面硬度非常高，耐磨性非常大。但由于挖掘机斗齿的工作环境及条件所致，加之长期受力，使得高硬度、高耐磨的高锰钢受到严重磨损。有效修复铲斗齿的最好办法就是补焊和堆焊。采用正确的施焊方法对挖掘机铲斗齿进行补焊和堆焊，能有效的控制焊接质量，修复后的斗齿能在挖掘工作中表现出如新的耐磨性。

三、挖掘机易磨损件堆焊及补焊工艺分析及应用

堆焊是在金属表面用焊接的方法熔敷一层同材质或异材质金属的工艺方法，通过堆焊可使零部件恢复或具有新的耐磨损等性能的工艺。堆焊方法的选择主要取决于如何降低母材的稀释率、提高效率以及简便操作。挖掘机斗齿在长期的使用过程中磨损较大，焊补挖掘机斗齿时可用气割下料。补焊料的来源取自废旧的汽车弓片、机械履带板、火车道轨等，下料尺寸根据磨损情况而定，焊补较宽焊缝可用气割下料坡口，应为V字形，为了减小焊接应力可先焊收缩小的焊缝。焊完后再焊收缩大的焊缝，当焊接较大焊缝时要进行分段退焊法，焊接时为防止高猛钢的母材过热，焊完几段后待焊道稍冷后再继续焊接，并且尽量采用小焊接范围分层焊。

据有关资料分析，常用堆焊方法的稀释率分别为：焊条电弧堆焊为10%~20%，熔化板气体保护电弧堆焊为10%~40%，埋弧堆焊丝极为30%~60%，带极为10%~20%。手工焊条电弧堆焊稀释率低不易产生夹渣等缺陷，应用范围很广，虽效率低些，但其优点在于操作简便、适合不同位置、设备简单、成本低。堆焊及补焊工艺如下：

1.采用D266焊条堆焊各层时，应采用对称交替焊接顺序进行，焊后趁热锤击焊缝。锤击时必须使受力均匀，直至被焊表面出现均匀致密的麻点为止。

2.选小直径焊条（如Φ3.2mm）、小电流(90~120A)； 选直流电焊机用直流反接法。每焊完一根或半根焊条后要等焊接区冷却到不烫手时再施焊。

3.焊条尽量不摆动，如需要摆动，要使其在两侧停留的时间稍长些，以保证堆焊层高度和宽度的均匀一致。摆动幅度不要超过焊条直径的2.5~3倍，注意焊道要窄。

4.当焊接面积较大时，可将被焊表面分成若干区段，先采用不锈钢焊条进行焊补或堆焊各区段， 然后焊接各区段的间隙处，直至过渡层堆焊完毕。最后采用高锰钢焊条进行分段焊补或堆焊。

5.将斗齿斜放，从下往上横向堆焊，堆焊完一层立即打渣，再堆焊另一面。如此反复交替，直至恢复原来的尺寸。

四、堆焊和补焊操作时注意事项

1.高锰钢的热胀冷缩系数比碳钢大，在补焊和堆焊时母材受热较大，则易引起裂纹。对此可以在母材上先用不锈钢焊条焊过渡层，即打底焊，把堆焊层与母材金属隔离开，减小应力和稀释率，防止裂纹，避免堆焊层剥离。然后再使用高锰钢焊条进行焊补或堆焊，焊后及时锤击焊缝以减少收缩应力。

2.防止堆焊层的硬度不符合要求，因为堆焊层的硬度主要依靠堆焊层的合金成分来获得，而合金成分又主要来自焊条而不是母材。所以堆焊时，希望熔深浅，减少熔合比，因此不宜采用大电流。磨损后的高锰钢表面有一层塑性差、硬度高的硬化层，此部位容易产生裂纹。应在焊前将焊补或堆焊的焊接部位用砂轮打磨掉3-4mm。

3.堆焊易产生裂缝和剥离。要采用焊前预热和焊后缓冷的措施。当焊接材料为碳素钢或低合金钢时，预热温度应根据碳当量来计算，当碳当量0.4%时预热在100℃左右，当EC为0.5%时可预热150℃，其他EC在0.6%对应200℃，EC在0.79%对应250℃。由此得出当碳当量增大时，预热温度也增加。

4.注意焊接变形问题，应采取预先反变形法，消除焊后的变形；焊接操作手法采用对称法、跳焊法，安排合理的焊接顺序进行堆焊等。

5.堆焊补焊时要适当调整焊接条件，如：改变电弧电压、焊接电流、焊接速度、运条方式、焊条与焊件距离等都能影响稀释率。焊接电流太大，电弧太长都会增加合金元素的烧损，通常采用向后焊（焊条前倾电弧向后吹），因向前焊易导致气孔不融合。焊条要做适当的横向摆动，这样可以减少夹渣和其他缺陷。两次摆动之间的距离约为焊条直径的1/2倍。当焊完第一条焊道，而开始堆焊第二条焊道时，第二条焊道必须熔化第一条焊道宽度的1/3--1/2，这样就可以使焊道之间连接紧密，减少稀释率。进行大面积多层堆焊时，由于加热次数较多，加热面积大所以焊件堆焊后极易产生变形，严重时产生焊接裂纹。

五、新购挖掘机的加固处理

1.齿根处的加强保护：齿根安装板的加强非常有必要，如果在此处的加强不好，会导致磨损将剧烈，牙齿怎么也装不上去了。对于此处的加固可以采取两种方案，一种是贴加强筋，一种是包耐磨块。需要注意的是，贴加强筋的做法简便，经济，但是焊接时要注意不能与齿根的焊缝产生叠焊，这样会影响齿根焊接强度。

2.边板及侧边加强：边板的剧烈磨损会使挖斗的有效斗容减小，影响施工效率。同时，边刀也起到利于切入物料，保护边板的效果，所以挖斗需安装边刀。由于侧边并不是高磨损区，故侧边的加强不用太坚固，以免影响挖斗的整体重量。

3.底板加强：底板加强是非常有必要的。让新机底板加强筋的油漆磨掉后(约一周时间)再进行底板的加固，这样的焊接效果更好。底板的加强筋要选择坚硬、耐磨的长型板材做原料，要保护挖斗的整体形状，以免影响切入角度，影响产能。加强筋的焊接要顺着原机筋板焊接的方向，在两块板上叠焊。

4.挖斗内面的加强：内面加强使用硬面堆焊，虽然耗时长。但是它的耐磨性跟实效性是最强的，或者也可以选择贴部分加强筋，不宜过多。

5.对于挖斗的加强要有效，牢固。最后的硬面堆焊也可以用在其他地方的加强。对于挖斗的加固中切忌像牛皮膏药一样乱张贴，也不可过于多的加强保护，为了保护挖斗而损失施工效率是不可取的。

六、结论

以上所述挖掘机易损件的施工现场堆焊、补焊的工艺应用与专家们先进的研究比较相差甚远，我们施工过程中的遇到的焊接难题很多，有待进一步解决。虽然堆焊只应用挖掘机易损件的修复，但其经济效应很可观。通过这些技术的运用，节约施工成本、提高施工效率、保障海外施工项目顺利完成。参考文献[1]葛长路，叶荣昌；挖掘机斗齿的耐磨堆焊工艺；《金属矿山》，1996年第8期44页.