CN104191154A - 针对Boomer系列掘进台车推进补偿拐臂断裂的修复方法 - Google Patents

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胡志华
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Abstract

本发明涉及一种针对Boomer系列掘进台车推进补偿拐臂断裂的修复方法，包括：焊前准备，坡口加工，焊前预热，焊接工艺，焊后工序。本发明修复所得焊接接头具有优良的综合力学性能，有足够的强度和良好冲击韧性；焊后变形量小，有利于修复后装配；修复后的掘进台车推进补偿拐臂使用效果良好，且使用寿命较长。　

Description

针对Boomer系列掘进台车推进补偿拐臂断裂的修复方法
技术领域
本发明涉及一种修复方法，尤其是一种针对Boomer系列掘进台车推进补偿拐臂断裂的修复方法，适用于瑞典Atlas Copco公司生产的Boomer系列台车。
背景技术
据申请人了解，瑞典Atlas Copco公司生产的Boomer系列掘进台车具有性能优良、效率高、能耗低、机电一体化等特点；尤其是设备机构设计紧凑，体积小、精度高、工作可靠、运行稳定，并因此获得很多矿业企业的青睐。
宝钢集团上海梅山矿业有限公司共有10台Boomer　系列掘进台车，在矿山开采过程中，掘进台车主要是通过COP　1238ME凿岩机的冲击旋转来破碎岩石实现钻孔。当凿岩机的冲击活塞以一定动量(mv)冲击钎尾时，冲击力以应力波的形式通过钎尾、钎杆，使钎头作用在孔底岩石上，钻头的柱齿破碎岩石，在形成第二个冲击之前，钻头将转动一定的角度，将那些破碎的岩石剪碎成矿粉，再用风和水进行冲渣，如此反复地运转从而实现孔洞的钻进。
掘进台车的推进补偿拐臂结构如图1、图2所示，包括固连的第一拐臂1和第二拐臂2，两者分别具有相互连通的空心通孔。
掘进台车在凿岩时，其拐臂承受高强度满负荷的冲击振动，在长期使用后，第一、第二拐臂固连的根部易发生断裂(断裂裂纹3如图3所示)，但是，进口类设备的关键性结构件采购周期长、价格昂贵，维修成本太高。亟需研发出可靠性高、修复后机械可顺利运行的修复方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术存在的问题，提供一种针对Boomer系列掘进台车推进补偿拐臂断裂的修复方法，不仅能将推进补偿拐臂断裂处修复，还能确保修复处的力学性能与推进补偿拐臂相匹配，确保修复后使用效果和使用寿命。
本发明解决其技术问题的技术方案如下：
一种针对Boomer系列掘进台车推进补偿拐臂断裂的修复方法，涉及的断裂拐臂具有对合的两断裂端，且两断裂端均具有空心通孔，修复方法包括以下步骤：
第一步、焊前准备：加工一空心套管，空心套管与拐臂两断裂端的空心通孔内径分别过渡配合；
由于拐臂完全断裂，在焊接过程中很难保证两断裂端的垂直度和同心度，采用空心套管可确保两断裂端空间定位准确无误；
第二步、坡口加工：以机械加工方式，在拐臂的两断裂端分别打磨出V形坡口作为施焊区域，并使施焊区域硬度值达到HB185－HB321；之后，以空心套管将拐臂的两断裂端连接起来；
采用该坡口加工工序可避免气割坡口产生的裂纹；
第三步、焊前预热：在空心套管与拐臂的两断裂端连接处分别进行点焊定位，然后将空心套管与拐臂整体进行预热，预热温度≥250℃；
采用该焊前预热工序可防止产生焊接冷裂纹；
第四步、焊接工艺：采用多层多道焊，以H08GrMoA焊丝进行氩弧焊；层间温度为200℃－250℃(合适的层间温度是防止焊接冷裂纹及获得优良焊接接头的必要条件之一)；焊接工艺参数为：焊接电流为250－310A，焊接电压为25－30V，气流流量为15－20L/min，焊丝干伸长度为14－18mm；将焊接后工件进行回火处理，回火温度为470℃－500℃，保温时间为2.5－3.0h，然后在空气中自然冷却到室温；
第五步、焊后工序：对焊接部位进行机械加工、打磨后，经探伤检查确认焊缝无质量缺陷；焊接质量达到JB4730－94标准Ⅰ级的要求；焊接部位表面平均硬度值达到至少HB449；修复结束。
本发明进一步的技术方案如下：
优选地，第四步中，采用三层以上多道焊，其中，打底层的焊接工艺参数为：焊接电流为250－280A，焊接电压为25－28V，气流流量为15－20L/min，焊丝干伸长度为14－18mm；其余层的焊接工艺参数为：焊接电流为290－310A，焊接电压为28－30V，气流流量为15－20L/min，焊丝干伸长度为14－18mm。
优选地，第一步中，空心套管由30GrMnSiA合金钢材料制成。
优选地，第二步中，V形坡口的角度为60度，且钝边2mm；机械加工方式为采用手提砂轮机进行打磨，打磨深度大于0.4mm。
更优选地，第二步中，打磨时，彻底清理、去除焊接部位30mm范围内的水锈、氧化皮、渗氮层。
优选地，第三步中，点焊定位时采用3.2mmE5015焊条，焊条在使用前经300℃烘干处理2h；预热温度采用测温仪进行测量。
优选地，第四步中，焊接时采用80％Ar+20％CO2混合气体保护焊，且熔敷金属含有以下重量百分比的化学成分：C　0.07％，Si　0.45％，Mn　1.24％，Mo　0.42％；焊机采用意大利MIGMATIC　263及氩弧焊接配套工具；温度监控采用美国MX2红外线测温仪。
优选地，第五步中，采用渗透探伤、超声波探伤进行探伤检查；质量缺陷包括裂纹、夹渣、气孔。
本发明的主要技术构思如下：
为确保实现有效焊接修复，首先需要获知拐臂的选材，但是由于进口设备的具体选材资料被供应商所封锁，发明人只能想办法获知拐臂的可能选材。发明人根据自身专业经验结合现有资料，经深入地实践研究后发现，拐臂选材可能为30CrMnsiA合金钢材料。(该材料是典型的Gr－Mn－Si系，屈服强度达880－1176Mpa以上，属于中碳调质钢，含碳量较高为0.25－0.5％，并加入了合金元素如Mn.Si.Gr等以保证钢的淬透性，已广泛应用于飞机制造业，多用来制造飞机锻件和焊接件，如起落架，发动机叶片等等。)
在此发现的基础上，发明人经进一步地深入实践研究，掌握了30CrMnsiA合金钢材料的焊接性能：根据碳当量公式计算，30CrMnsiA合金钢材料的主要特点是含碳及合金元素较多，钢的淬硬倾向大，Ms点又低，因而在淬火区会产生大量淬硬的马氏体，粗大的马氏体导致焊缝严重脆化。鉴于30CrMnsiA合金钢材料的近缝区容易出现硬脆的马氏体组织，增大焊接接头的冷裂纹倾向，为提高抗裂性应尽量降低焊接接头的含氢量。
如果拐臂采用调质状态的30CrMnsiA合金钢材料，其热影响区被加热到超过调质处理的回火温度区域时，将出现强度、硬度低于母材的软化区，若焊后不再进行调质处理，该软化区可能成为降低焊缝强度的薄弱区。
此外，30GrMnSiA合金钢材料具有回火脆性，在300℃－450℃内出现第一类回火脆性，回火时必须避开该温度区间，同时高温回火必须快冷以避开第二类回火脆性。为消除回火脆性，发明人设计了在调质状态下焊接的工艺。
但是，拐臂在调质状态下焊接，会造成焊接接头综合力学性能降低。
发明人经更进一步地深入实践研究，终于得出了既能克服30CrMnsiA合金钢材料焊接弱点，防止焊接冷裂纹产生，又能使焊接接头综合力学性能满足拐臂焊接技术要求的焊接材料及焊接工艺，以及与之相匹配的其余修复工序。
本发明的有益效果如下：(1)焊接过程飞溅小，烟尘少，焊接成型美观；(2)焊接接头具有优良的综合力学性能。有足够的强度及良好冲击韧性；(3)焊后变形量小，有易于修复后装配；(4)修复后，使用效果良好，使用寿命较长。　
附图说明
图1为背景技术提及推进补偿拐臂的主视图。
图2为背景技术提及推进补偿拐臂的俯视图。
图3为图2的A区域放大图。
具体实施方式
下面参照附图并结合实施例对本发明作进一步详细描述。但是本发明不限于所给出的例子。
实施例1
本实施例针对Boomer系列掘进台车推进补偿拐臂断裂的修复方法，涉及的断裂拐臂具有对合的两断裂端，且两断裂端均具有空心通孔，修复方法包括：　
第一步、焊前准备：加工一空心套管，空心套管与拐臂两断裂端的空心通孔内径分别过渡配合；空心套管由30GrMnSiA合金钢材料制成。由于拐臂完全断裂，在焊接过程中很难保证两断裂端的垂直度和同心度，采用空心套管可确保两断裂端空间定位准确无误。
第二步、坡口加工：以机械加工方式，在拐臂的两断裂端分别打磨出V形坡口作为施焊区域，并使施焊区域硬度值达到HB185－HB321；之后，以空心套管将拐臂的两断裂端连接起来。采用该坡口加工工序可避免气割坡口产生的裂纹。
其中，V形坡口的角度为60度，且钝边2mm；机械加工方式为采用手提砂轮机进行打磨，打磨深度大于0.4mm。打磨时，彻底清理、去除焊接部位30mm范围内的水锈、氧化皮、渗氮层等。
第三步、焊前预热：在空心套管与拐臂的两断裂端连接处分别进行点焊定位，然后将空心套管与拐臂整体进行预热，预热温度≥250℃；采用该焊前预热工序可防止产生焊接冷裂纹。
其中，点焊定位时采用3.2mmE5015焊条，焊条在使用前经300℃烘干处理2h；预热温度采用测温仪进行测量。
第四步、焊接工艺：采用三层多道焊，以H08GrMoA焊丝进行氩弧焊；层间温度为200℃－250℃(合适的层间温度是防止焊接冷裂纹及获得优良焊接接头的必要条件之一)。
打底层的焊接工艺参数为：焊接电流为250－280A，焊接电压为25－28V，气流流量为15－20L/min，焊丝干伸长度为14－18mm；第二层和第三层的焊接工艺参数为：焊接电流为290－310A，焊接电压为28－30V，气流流量为15－20L/min，焊丝干伸长度为14－18mm。
其中，焊接时采用80％Ar+20％CO2混合气体保护焊，且熔敷金属含有以下重量百分比的化学成分：C　0.07％，Si　0.45％，Mn　1.24％，Mo　0.42％；焊机采用意大利MIGMATIC　263及氩弧焊接配套工具；温度监控采用美国MX2红外线测温仪。
将焊接后工件进行回火处理，回火温度为470℃－500℃，保温时间为2.5－3.0h，然后在空气中自然冷却到室温。
第五步、焊后工序：对焊接部位进行机械加工、打磨后，经探伤检查确认焊缝无质量缺陷；焊接质量达到JB4730－94标准Ⅰ级的要求；焊接部位表面平均硬度值达到至少HB449。
其中，采用渗透探伤、超声波探伤进行探伤检查；质量缺陷包括裂纹、夹渣、气孔。
修复结束。
采用上述本实施例方法修复Boomer　281掘进台车，修复后焊接接头处的力学性能如下表所示：
由此可知，焊接接头综合力学性能可满足拐臂焊接技术要求。
Boomer　281台车的推进补偿拐臂修复并运行近1年，使用过程中，考虑到安全问题，定期拆卸采用煤油、石灰检测裂纹对焊接处进行检测，没有发现任何问题。
由此可带来的经济效益如下：
直接效益＝项目实施引起的消耗下降×消耗物价格+增加的产量×产品毛利×本工序贡献系数+引起其他工序成本的变化－各项投入＝15000×5－500×5＝7.25(万元)
间接效益：提高检修效率，将拐臂断裂在1天内及时修复，避免等待更换备件导致生产延误。
本实施例方法具有如下优点。
(1)焊接过程飞溅小，烟尘少，焊接成型美观；
(2)焊接接头具有优良的综合力学性能，有足够的强度及良好冲击韧性；
(3)焊后变形量小，有易于修复后装配。
(4)修复后，使用效果良好。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (8)

1.　一种针对Boomer系列掘进台车推进补偿拐臂断裂的修复方法，涉及的断裂拐臂具有对合的两断裂端，且两断裂端均具有空心通孔，其特征是，所述修复方法包括以下步骤：
第一步、焊前准备：加工一空心套管，所述空心套管与拐臂两断裂端的空心通孔内径分别过渡配合；
第二步、坡口加工：以机械加工方式，在拐臂的两断裂端分别打磨出V形坡口作为施焊区域，并使施焊区域硬度值达到HB185－HB321；之后，以空心套管将拐臂的两断裂端连接起来；
第三步、焊前预热：在空心套管与拐臂的两断裂端连接处分别进行点焊定位，然后将空心套管与拐臂整体进行预热，预热温度≥250℃；
第四步、焊接工艺：采用多层多道焊，以H08GrMoA焊丝进行氩弧焊；层间温度为200℃－250℃；焊接工艺参数为：焊接电流为250－310A，焊接电压为25－30V，气流流量为15－20L/min，焊丝干伸长度为14－18mm；将焊接后工件进行回火处理，回火温度为470℃－500℃，保温时间为2.5－3.0h，然后在空气中自然冷却到室温；
第五步、焊后工序：对焊接部位进行机械加工、打磨后，经探伤检查确认焊缝无质量缺陷；焊接质量达到JB4730－94标准Ⅰ级的要求；焊接部位表面平均硬度值达到至少HB449；修复结束。
2.　根据权利要求1所述针对Boomer系列掘进台车推进补偿拐臂断裂的修复方法，其特征是，第四步中，采用三层以上多道焊，其中，打底层的焊接工艺参数为：焊接电流为250－280A，焊接电压为25－28V，气流流量为15－20L/min，焊丝干伸长度为14－18mm；其余层的焊接工艺参数为：焊接电流为290－310A，焊接电压为28－30V，气流流量为15－20L/min，焊丝干伸长度为14－18mm。　
3.　根据权利要求1或2所述针对Boomer系列掘进台车推进补偿拐臂断裂的修复方法，其特征是，第一步中，所述空心套管由30GrMnSiA合金钢材料制成。
4.　根据权利要求1或2所述针对Boomer系列掘进台车推进补偿拐臂断裂的修复方法，其特征是，第二步中，所述V形坡口的角度为60度，且钝边2mm；所述机械加工方式为采用手提砂轮机进行打磨，打磨深度大于0.4mm。
5.　根据权利要求4所述针对Boomer系列掘进台车推进补偿拐臂断裂的修复方法，其特征是，第二步中，打磨时，彻底清理、去除焊接部位30mm范围内的水锈、氧化皮、渗氮层。
6.　根据权利要求1或2所述针对Boomer系列掘进台车推进补偿拐臂断裂的修复方法，其特征是，第三步中，点焊定位时采用3.2mmE5015焊条，所述焊条在使用前经300℃烘干处理2h；预热温度采用测温仪进行测量。
7.　根据权利要求1或2所述针对Boomer系列掘进台车推进补偿拐臂断裂的修复方法，其特征是，第四步中，焊接时采用80％Ar+20％CO2混合气体保护焊，且熔敷金属含有以下重量百分比的化学成分：C　0.07％，Si　0.45％，Mn1.24％，Mo　0.42％；焊机采用意大利MIGMATIC　263及氩弧焊接配套工具；温度监控采用美国MX2红外线测温仪。
8.　根据权利要求1或2所述针对Boomer系列掘进台车推进补偿拐臂断裂的修复方法，其特征是，第五步中，采用渗透探伤、超声波探伤进行探伤检查；所述质量缺陷包括裂纹、夹渣、气孔。
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