26×92矿用高强度圆环链工艺探讨

摘 要：文章阐述了使用国产设备，采用热编冷焊制造26×92矿用链的工艺流程以及各道工序工艺参数的选择，并对矿用高强度圆环链生产制造的两个重要工序――焊接和热处理进行了详细的介绍，以满足矿用高强度圆环链GB/T12718-2009标准的要求。

关键词：矿用高强度圆环链；工艺流程；工艺参数；延伸率；破断负荷

矿用高强度圆环链（以下简称矿用链）适用于煤矿井下刮板输送机、刨煤机、滚筒采煤机及其他机械的牵引链。矿用链机械性能的好坏直接影响到井下牵引设备的安全运行及人身安全，因此属于矿用产品安标范围以内。矿用链的生产有着严格的工艺流程和工艺参数，特别是焊接和热处理工序，对其成品机械性能的影响有着极其重要的作用。

1 概述

近年来，随着采煤技术的不断发展，刮板输送机、滚筒采煤机等设备规格都不断扩大，与之配套的矿用圆环链的规格和强度级别也随之提高。其中26×92矿用C级圆环链的使用量尤为突出。

产品规格的提高，对链条的生产设备、生产工艺以及使用的原材料都提出了新的要求。公司自2010年开始选用了国产的编链、焊接设备，选择了23MnNiMoCr54合金钢来制造26×92-C级矿用链，通过反复的工艺试验取得了成功。其外观尺寸及机械性能全部达到了GB/T12718-2009国家标准的要求。

2 26×92矿用C级圆环链原材料的选用

公司选用23MnNiMoCr54合金钢来制造26×92-C级矿用链，这种钢具有良好的焊接性能，焊接接头具有较好塑性的低碳贝氏体组织；在中频感应热处理后焊接接头获得与母材相同的回火屈氏体组织；它有比25MnV相对较高的屈服强度，这样就容易保证试验负荷伸长率达到标准要求。但由于这种材料本身含有很多贵重元素，因此它的价格比较昂贵。

3 26×92矿用链生产的工艺流程

公司采用国产设备热编冷焊制造26×92圆环链的工艺流程为：

下料热编结表面喷砂处理焊接一次拉伸中频热处理二次拉伸。

4 26×92矿用链生产的工艺参数

4.1 下料

下料长度要经过科学计算，并通过反复试验和验证来确定。数据确定需把握两个原则：成品几何尺寸符合标准要求；在满足成品几何尺寸和机械性能的前提下，用料最小化。下料工序使用J23-1000冲床配合切料工装，能够保证下料长度均匀一致以及料棒端面的平整度要求。26×92的下料长度一般为298～301mm，料棒断面的不平整度要小于0.5mm。

4.2 热编结

热编结设备采用的是国产自动热编机。先将棒料加热至700～800℃，进行自动 弯。 弯后链环焊缝要均匀一致，呈V型口，底部要有1-2.5mm的间隙。这道工序中关键是芯模的尺寸设计，因为焊接要经过闪光、顶锻的过程，圆弧部分会发生变化，要想使焊后链环前肩与后肩部圆弧对称，这就需要编后链环前肩圆弧r要小于后肩圆弧R。对于26×92来说R和r要满足以下关系：R+r

4.3 表面喷砂处理

通常大规格链条在焊接前都要经过喷砂处理。这是因为一般大规格链条都采用热编结，棒料需要加热至700～800℃，造成表面被高温氧化，通过表面喷砂能够清理链环表面的氧化皮，提高链环焊接时的导电性能，改善和提高焊接质量，并延长电极使用寿命。

4.4 焊接

圆环链焊接属于闪光对焊工艺。公司26×92圆环链焊接使用的是国产500型全自动液压闪光对焊机，它采用液压传动来实现链环夹持与送进控制；采用三相次级整流式的主回路，保证闪光过程的稳定并降低焊机容量和使三相电网负载平衡；采用以工控机为主体的微机控制系统控制焊接过程。焊接过程由四个步骤来完成：预热闪光、连续闪光、顶锻、热去刺。

焊接是圆环链制造过程中的一个关键工序，焊接工艺参数的制定尤其重要，合理的焊接工艺参数不仅能保证优良的焊接质量，还能有效地降低废环率。焊接质量是矿用链达到标准要求的前提条件，如果焊接参数不合理，则通过其它工序无法弥补其焊接缺陷，则链条必然达不到标准要求。焊接的工艺参数主要包括夹持长度、预热温度、闪光留量、顶锻留量。

4.4.1 夹持长度

确定夹持长度要从以下几个方面来考虑。链环夹持长度会直接影响环背电流。从功率消耗来说，总是希望尽量减少环背分流，来降低焊接时功率的消耗，而减少环背分流有效的方法就是加大背环分路的长度，这就要求夹持长度要尽量取小。取小的前提要保证热影响区合理的温度梯度。如果夹持长度太小会造成热影响区窄，达不到形成优质接头的理想温度分布，影响焊接质量。夹持长度过长，除了会产生不必要的过大的环背分流之外，还会使热区温度梯度变小降低焊接质量，也会造成焊接处反弯。试验证明26×92圆环链的夹持长度在29～32mm比较合适。

4.4.2 预热

控制预热的工艺参数主要有预热次数、接触时间、返回时间。26×92焊接预热次数一般在6～10次范围内调节。接触时间在300ms左右，接触时间也就是短路时间，焊口加温时间。接触时间太短，焊口温度低，不足以激发起闪光，或造成闪光断闪；也会造成热影响区太窄，不利于焊接接头质量；接触时间太长会增加焊口温度，易形成过热的接头组织，同样影响接头质量。返回时间90～105ms，返回时间也是一个重要参数，时间太长，会使热效率降低，时间太短会使热区温度梯度太大，影响最终顶锻的质量。

4.4.3 闪光留量

闪光留量的确定要遵循以下两个原则：a、闪光留量必须足以保证在闪光结束时焊口两端面有一熔化金属层，同时在一定深度上达到塑性变形温度，在顶锻后能获得优质焊接接头。b.必须考虑闪光喷射损失的长度，是否能够保证工艺要求下的焊后尺寸。26×92的闪光留量一般为2～3mm。

4.4.4 顶锻留量

闪光结束后，要立即对链环施加足够的顶锻压力，以挤出端面液态金属及氧化夹杂物，使洁净的塑性金属紧密接触，并使接头产生一定的塑性变形，促进再结晶的进行，形成共同晶粒，获得牢固接头。顶锻留量的大小影响液态金属的排除和塑性变形的大小。太小会使液态金属残留在接口中，易形成疏松、缩孔、裂纹等缺陷；过大时，会使金属晶纹严重弯曲，降低接头的冲击韧度。26×92的顶锻留量为2.5～3.5mm较合适。

4.5 热处理

在矿用链的生产过程中，热处理工序对其成品机械性能的影响有着极其重要的作用。因此，热处理在圆环链制造过程中也是一个非常关键的工序。合理的热处理参数能使链条的综合机械性能得到很大的改善和提高，延长使用寿命。

4.5.1 热处理后矿用链应达到的机械性能要求

根据GB/T12718-2009标准的要求，矿用链为满足煤矿井下使用的安全要求，在延伸率和破断负荷方面应达到表1的要求。

4.5.2 热处理的方法

圆环链热处理设备一般采用中频电源配热处理机床进行（如图2示）。公司采用了250KW和160KW的双电源配热处理机床对Φ26矿用链进行热处理。双电源分别控制的热处理机床的淬火和回火感应器线圈。单独控制最显著的特点是热处理参数调整方便，淬、回火互不影响，可以节省热处理工艺试验的时间。

4.5.3 热处理工艺参数

淬回、火后，利用集肤效应热处理要求根据材质和设备确定合理的工艺参数，并具备一定的经验。通过热处理实现圆环链不同部位有不同的金相组织，工艺过程为淬火+回火。矿用链热处理工艺参数主要包括：淬火温度、回火温度、链速、入水高度等。

（1）淬火：因26×92矿用C级圆环链材质为23MnNiMoCr54，其含碳量在0.17%～0.26之间，故淬火温度一般为880～940℃，然后以适当的冷却速度使链环淬火后得到低碳马氏体组织；

（2）回火：回火利用中频感应器的集肤效应得到差温处理的效果，即链环回火后直臂部和肩部温度产生一定的温差，使得链环硬度分布呈马鞍形。这是使矿用链满足标准中在试验负荷下B级链条延伸率应小于1.4%（C级链条1.6%），而破断负荷延伸率应大于12%要求的关键所在。需要直臂温度高于肩部温度，直臂要经过高温回火500～600℃使其得到回火索氏体组织，提高其韧性；而肩部需用低温回火400℃使其得到回火屈氏体组织来提高硬度。

（3）链速、入水高度：链速一般为0.7米/秒左右。淬火入水高度一般在100mm～200mm之间，回火入水高度一般在350mm～450mm之间。

4.5.4 淬、回火温度的掌握

热处理过程中淬、回火温度可以使用远红外测温仪进行测量。在实际工作中，我们也根据经验通过链环加热后的颜色来识别热处理的温度高低。一般Φ26的链条通过淬火出感应器后的颜色接近于红色，而Φ18-Φ22的链条通过淬火出感应器后的颜色呈桔黄色。

4.5.5 热处理工艺参数的调整

矿用链的标准要求：（1）在试验负荷下，B级链条延伸率应小于1.4%（C级链条1.6%）；（2）破断负荷延伸率应大于12%。

根据这个标准要求，结合矿用链热处理实际情况，如达不到上述要求，可以在参数方面进行调整，一般遵循以下原则。

在保证焊接质量的前提下，如果上述第（1）条达不到要求，且破断负荷较低，一般为回火温度偏高的原因。处理方法为减少回火线圈的匝数或降低中频热处理电压。如果第（2）条达不到要求，一般为回火温度偏低的原因。处理方法为增加回火线圈的匝数或提高中频热处理电压。

4.6 预拉伸

圆环链国家标准中明确提出了对圆环链要进行预拉伸的工艺要求。预拉伸的目的一是校正链条长度，二是为了使链条得到强化拉伸。在圆环链热处理前后进行两次预拉伸，合理设计每次预拉伸的拉伸长度有利于保证国标对试验负荷伸长率的要求。大量试验证明，一次拉伸和二次拉伸其拉伸长度的分配比例为1：1最佳。

5 26×92矿用C级圆环链工艺试验的结果

经过大量的工艺试验及批量生产确定了26×92圆环链热编冷焊的整个工艺流程及工艺参数，按照上述工艺要求生产的26×92-C级圆环链的主要尺寸及机械性能结果如下：

数据表明26×92-C级圆环链尺寸和机械性能负荷国家标准要求，质量稳定，可以投入正常批量生产。

6 26×92矿用链破断部位原因分析及工艺参数调整

圆环链在成品机械性能试验时一般发生两种断裂方式，一种是直臂脆断，另一种是肩部塑断，如图3所示：

从图上可以看出Ⅰ脆断区分布在链环焊接区及热影响区，Ⅱ塑断区分布在链环的肩部。这就要求链环经热处理后要提高差温处理的效果，即提高焊接区的韧性和链环肩部的硬度，才能避免圆环链在使用中发生断裂。破断部位在焊口或焊接热影响区，若破断部位断面组织粗糙，说明焊接时焊口温度过高，造成焊口过热或过烧，需要降低焊接时的闪光用量；如断口有明显的断裂源，则应考虑链环在焊接或其他工序时的外伤造成。如机械性能试验不满足要求，则应参照4.5.5的内容进行调整。

总之，成品矿用链应满足和达到在正常工作状态下链条变形要小、在设备过载超过破断负荷后要有大的延伸率，以保证安全的要求。在实际工作中，应结合具体情况，具体分析并加以解决。

参考文献

[1]焊接手册[Z].

[2]陈静.新型大规格C级矿用圆环链用钢的组织及性能研究[Z].