CN106334900A

CN106334900A - 一种用于磨损的刮板运输机中部槽中板的堆焊修复方法

Info

Publication number: CN106334900A
Application number: CN201610954199.0A
Authority: CN
Inventors: 邓汉忠; 王雪峰; 高志玉; 邓文浩; 戴凤威
Original assignee: Liaoning Technical University
Current assignee: Liaoning Technical University
Priority date: 2016-10-27
Filing date: 2016-10-27
Publication date: 2017-01-18
Anticipated expiration: 2036-10-27
Also published as: CN106334900B

Abstract

一种用于磨损的刮板运输机中部槽中板的堆焊修复方法，属于表面处理技术领域。方法包括：对磨损的刮板运输机中部槽中板进行刨削加工，去除中板上表面的刮痕和孔洞，得到表面光洁的中板；使用耐磨堆焊合金材料在表面光洁的中板的磨损凹陷槽内堆焊耐磨工作层，耐磨工作层的最大厚度控制在10～20mm，堆焊过程中，将中板的温度控制在100～180℃；将堆焊了耐磨工作层的中板放入加热炉中加热至200℃，并保温5～10h后取出，空冷至室温；对空冷至室温的中板进行精加工至所需尺寸；本发明中通过合理配制耐磨堆焊合金材料包含的各个元素的质量分数，使得形成的耐磨工作层的硬度较高，耐磨性好，在保证硬度和耐磨性的同时不会磨损刮板链。

Description

一种用于磨损的刮板运输机中部槽中板的堆焊修复方法

技术领域

本发明涉及表面处理技术领域，特别涉及一种用于磨损的刮板运输机中部槽中板的堆焊修复方法。

背景技术

摩擦与磨损是发生在相对运动的接触界面上的复杂现象，包含着许多物理、化学及力学过程。在摩擦与磨损过程中，接触界面之间的作用力主要是机械力。在该力的影响下，表面及其附近的一定范围内的材料将发生较大的塑性变形，并将伴随着结构和组织发生的显著变化。任何相互接触、相对运动的机构或零件都会产生摩擦，当摩擦到一定程度时会发生磨损，磨损是机械零件失效最主要的方式之一，其占零件失效总量的60％～80％。据有关专家估计，全世界约有1/3～1/2的能源以各种形式消耗在摩擦上。由于摩擦导致磨损失效约占设备损坏的70％～80％，每年损失都在上千亿美元。由此可见，机器零件的摩擦磨损，是构成能源与材料大量损耗的主要因素。因此，防止机器零部件的磨损损失以及对已磨损的零件进行合理的修复工作，已经引起了世界各国科学工作者的广泛关注。

煤炭生产在国家经济发展中占据着极其重要的地位，将煤炭从井下高效快速地运送到地面是煤炭开采的重要环节。近年来，现代化高产高效矿井不断涌现，大功率、高可靠性的煤机装备已成为煤矿生产的主要技术支撑。刮板运输机是煤炭运输过程中的重要设备，要求每小时的过煤量大于2000吨，整套设备尤其是中部槽过煤总量超过1000万吨，这对中部槽的综合性能提出了新的挑战。

刮板运输机的运输方式是物料和刮板链都在中部槽内滑行，中部槽包括中部槽底板和中板，中板位于中部槽底板之上，当刮板运输机的刮板和刮板链在中板上滑动时，刮板会带动煤和矸石在中板上向前运输，运输的过程中，煤和矸石便成为磨料，位于中板上方的两条刮板链与中板之间存在着煤块、煤矸石等磨料，在磨损的过程中，磨料会粘附在中板上，因此会出现粘着磨损，此种磨损形式为金属与金属之间的摩擦磨损，同时，在外界具有腐蚀作用的介质下，还会出现腐蚀磨损，如图1和图2所示，中板1上对应两条刮板链的位置处的局部磨损程度较为严重，会在中板1的表面形成两道磨损凹陷槽11，同时，中板在工作过程中还要承受拉力、压力、弯曲冲击力、摩擦力和腐蚀作用，因为中板的局部磨损较为严重会使中板的寿命大大降低，出现过早失效的问题，不能保证正常的生产要求。

为了提高中板的耐磨性，会采用超高强度耐磨钢制作中板，如牌号为K360、NM360、JEF-EH400或JEF-EH450的钢板等。但中板的局部磨损速度仍较快，寿命仍然很低，在生产过程中需要频繁更换，使正常的生产计划不能按时完成，造成生产滞后、消耗增大、效率降低，增加生产成本。因此中板的使用寿命的长短直接影响到生产的正常进行，如何增强中板的抗磨性，提高其使用寿命，目前成为煤炭运输机械急需解决的问题。

若对已发生磨损的中部槽中板进行及时修复后继续使用，而不对中板进行频繁更换，可以减少更换新设备等造成的浪费，可最大程度上挽回经济损失。中板修复方法及修复质量的好坏也将直接影响到刮板运输机的使用寿命。目前，对磨损较严重的中板进行修复多采用堆焊，焊接材料一般多采用牌号为D132、D172堆焊焊条或ER50系列焊丝，在中板1表面上的两道磨损凹陷槽11内进行堆焊，形成堆焊层，但采用D132焊条和ER50系列焊丝堆焊后在磨损凹陷槽处形成的堆焊层的硬度较低，使得堆焊层的耐磨性较差，而D172焊条焊层耐磨性较好，但堆焊层的硬度太高，在工作的过程中，堆焊层会造成刮板链的严重磨损，因此，以上两种焊接材料根本不能很好的对中板进行修复。

发明内容

为了解决现有技术中存在的使用D132焊条和ER50系列焊丝在中板的磨损凹陷槽内形成的堆焊层的硬度较低，耐磨性较差，以及使用D172焊条形成的堆焊层的硬度太高会将刮板链磨损的问题，本发明实施例提供了一种用于磨损的刮板运输机中部槽中板的堆焊修复方法，所述方法包括：

步骤1、对磨损的刮板运输机中部槽中板进行刨削加工，去除所述中板上表面的刮痕和孔洞，得到表面光洁的中板；

步骤2、使用耐磨堆焊合金材料在表面光洁的中板的磨损凹陷槽内堆焊耐磨工作层，耐磨工作层的最大厚度控制在10～20mm，堆焊过程中，将中板的温度控制在100～180℃；

所述耐磨堆焊合金材料包含的元素及质量分数为：C：0.10～0.14％、Mn：1.35～1.80％、Si：0.55～0.62％、Cr：2.50～3.20％、Mo：0.50～0.95％、Nb：0.30～0.50％、S：<0.015％、P：≤0.015％、余量为Fe；

步骤3、将堆焊了耐磨工作层的中板放入加热炉中加热至200℃，并保温5～10h后取出，空冷至室温；

步骤4、对空冷至室温的中板进行精加工至所需尺寸。

在步骤2中，将中板的温度控制在150℃。

在步骤3中，将堆焊了耐磨工作层的中板放入加热炉中加热至200℃，并保温8h或者10h后取出。

在步骤2中，采用手工电弧焊或者二氧化碳气体保护焊在所述磨损凹陷槽内堆焊耐磨工作层。

所述耐磨工作层的洛氏硬度范围在38.5～40.2之间。

所述耐磨工作层的相对耐磨性的范围在1.13～1.20之间，所述相对耐磨性＝中板的磨损量/耐磨工作层的磨损量。

本发明实施例中，通过对磨损的中板表面进行刨削，并采用新的耐磨堆焊合金材料在中板的两道磨损凹陷槽内堆焊耐磨工作层，堆焊的过程中，使中板保持一定的温度，堆焊完成后将中板放入加热炉中进行加热并保温，取出后进行空冷并进行精加工。其中，相对于现有技术中的ER50系列的焊丝来说，增加了强碳化物形成元素Cr、Mo和Nb；相对于现有技术中的D132和D172焊条来说，大大降低了碳含量，并增加了强碳化物形成元素Nb；同时，本发明中的耐磨堆焊合金材料通过合理的控制各个元素的质量分数，使得形成的耐磨工作层的硬度较高，耐磨性好，其室温硬度可以达到40.2HRC，在保证硬度和耐磨性的同时不会磨损刮板链，且耐磨工作层的硬度较为均匀，硬度差小于2.0HRC；耐磨堆焊合金材料中同时包含元素Si和Mn，并合理设置该两种元素的含量，使得堆焊过程中，元素Si和元素Mn会联合脱氧，使生成的SiO2和MnO复合成硅酸盐(MnO·SiO2)，MnO·SiO2的熔点低(约1270℃)且密度小(约3.6g/cm3)，在熔池中能凝聚成大块熔渣而浮出，使得耐磨工作层的夹杂物较少，且夹杂物的尺寸细小，分布均匀，延长了使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是磨损的中板的结构示意图；

图2是磨损的中板的主视图；

图3是本发明提供的堆焊了耐磨工作层的中板的结构示意图；

图4是本发明提供的对堆焊了耐磨工作层的中板进行精加工后的结构示意图。

其中，

1中板，11磨损凹陷槽；2耐磨工作层；h耐磨工作层的最大厚度。

具体实施方式

实施例1

为了解决现有技术中存在的使用D132焊条和ER50系列焊丝在中板1的磨损凹陷槽11内形成的堆焊层的硬度较低，耐磨性较差，以及使用D172焊条形成的堆焊层的硬度太高会将刮板链磨损的问题，本发明实施例提供了一种用于磨损的刮板运输机中部槽中板的堆焊修复方法，该方法包括：

步骤1、对磨损的刮板运输机中部槽中板1进行刨削加工，去除中板1上表面的刮痕和孔洞，得到表面光洁的中板1；

在本发明实施例中，如图1和图2所示，中板1上的两道磨损凹陷槽11的表面以及两道磨损凹陷槽11之间的中板1表面会存在刮痕和孔洞，因此可以通过刨削将中板1的上表面的刮痕和孔洞去除，使中板1露出光洁的表面。

步骤2、如图2和图3所示，使用耐磨堆焊合金材料分别在表面光洁的中板1上的两道磨损凹陷槽11内堆焊耐磨工作层2，耐磨工作层2的最大厚度控制在10～20mm，堆焊过程中，将中板1的温度控制在100～180℃；

其中，耐磨堆焊合金材料包含的元素及质量分数为：C：0.10～0.14％、Mn：1.35～1.80％、Si：0.55～0.62％、Cr：2.50～3.20％、Mo：0.50～0.95％、Nb：0.30～0.50％、S：<0.015％、P：≤0.015％、余量为Fe；

如表1所示，为现有技术中的ER50系列焊丝的成分，本发明实施例中的耐磨堆焊合金材料，相对于现有技术中的ER50系列的焊丝来说，增加了强碳化物形成元素Cr、Mo和Nb；如表2所示，为现有技术中的D132和D172焊条的成分，本发明实施例中的耐磨堆焊合金材料，相对于现有技术中的D132和D172焊条来说，大大降低了碳含量，并增加了强碳化物形成元素Nb。本发明中的耐磨堆焊合金材料，碳的质量分数控制在0.10～0.14％，使耐磨工作层2具有很好的韧性；Mn的质量分数控制在1.35～1.80％，可以起到固溶强化的作用，有利于提高耐磨工作层2的强度；质量分数为2.50～3.20％的Cr、质量分数为0.50～0.95％的Mo以及质量分数为0.30～0.50％的Nb可以在堆焊过程中形成细小的NbC、Mo₂C等质点，起到固溶强化的作用，有利于提高耐磨工作层2的耐磨性；质量分数为0.55～0.62％的Si主要起到脱氧的作用，防止堆焊过程中铁与氧化合，并可以在熔池中还原FeO，与元素锰形成联合脱氧效果，使生成的SiO2和MnO复合成硅酸盐MnO·SiO2，MnO·SiO2的熔点低(约1270℃)且密度小(约3.6g/cm3)，在熔池中能凝聚成大块熔渣并浮出，防止夹渣，Si还可以起到固溶强化的作用，提高耐磨工作层2的强度和硬度。

表1 ER50系列焊丝成分

表2焊条成分

型号

C

Mn

Si

Cr

Mo

Fe

D132

≤0.50

≤1.50

-

≤3.00

≤1.50

余量

D172

≤0.50

-

≤2.50

余量

在本发明中，可以将耐磨堆焊合金材料使用现有技术制作成焊条或者焊丝，在两道光洁的磨损凹陷槽11内进行堆焊，形成耐磨工作层2。若采用二氧化碳气体保护焊，可以将耐磨堆焊合金材料制作成焊丝，焊丝直径可以为1.2mm，焊接电流可以为200A，焊接电压可以为30V，焊接过程中，二氧化碳的气体流量可以为24～25L/h^-1，焊接速度可以为2.8～3.4mm·s^-1；若采用手工电弧焊，可以将耐磨堆焊合金材料制作成焊条，堆焊时可以采用直流反接，焊接电流可以为130A，焊接速度可以在0.5mm/s左右。本发明实施例中，无论采用手工电弧焊还是二氧化碳气体保护焊，若中板1的磨损程度较为严重，为了提高耐磨工作层2的焊接质量，应采用多层堆焊的方法进行堆焊，多层堆焊可以减小热输入量，减小变形，降低产生缺陷的概率。如图3所示，堆焊完成后，耐磨工作层2的上表面会稍微高出中板1的上表面。

优选地，在本发明实施例中，在堆焊过程中，可以将中板1的温度控制在150℃。

步骤3、将堆焊了耐磨工作层2的中板1放入加热炉中加热至200℃，并保温5～10h后取出，空冷至室温；

在本发明实施例中，将堆焊了耐磨工作层2的中板1放入加热炉中进行回火处理，回火温度不宜过高，若温度太高会造成耐磨工作层2的硬度下降，同时，回火温度也不宜过低，若温度过低则无法改善耐磨工作层2的组织的脆性，因此，本发明中选择回火温度为200℃，在加热炉中加热至200℃后保温5～10h，优选地，可以保温8h或10h后取出，然后空冷至室温，其中，室温可以在0～30℃的范围内。

步骤4、对空冷至室温的中板1进行精加工至所需尺寸。

在本发明实施例中，如图3所示，在两道磨损凹陷槽11内堆焊了耐磨工作层2后，耐磨工作层2的上表面要高于中板1的上表面，因此，可以利用磨床对堆焊了耐磨工作层2的中板1进行精加工，将耐磨工作层2高出中板1的表面的余量去除，如图4所示；同时，还需保证堆焊了耐磨工作层2的中板1的表面粗糙度。

本发明实施例中，通过对磨损的中板1表面进行刨削，并采用新的耐磨堆焊合金材料在中板1的两道磨损凹陷槽11内堆焊耐磨工作层2，堆焊的过程中，使中板1保持一定的温度，堆焊完成后将中板1放入加热炉中进行加热并保温，取出后进行空冷并进行精加工。其中，相对于现有技术中的ER50系列的焊丝来说，增加了强碳化物形成元素Cr、Mo和Nb；相对于现有技术中的D132和D172焊条来说，大大降低了碳含量，并增加了强碳化物形成元素Nb；同时，本发明中的耐磨堆焊合金材料通过合理的控制各个元素的质量分数，使得形成的耐磨工作层2的硬度较高，耐磨性好，其室温硬度可以达到40.2HRC，在保证硬度和耐磨性的同时不会将刮板链磨损，且耐磨工作层2的硬度较为均匀，硬度差小于2.0HRC；耐磨堆焊合金材料中同时包含元素Si和Mn，并合理设置该两种元素的含量，使得堆焊过程中，元素Si和元素Mn会联合脱氧，使生成的SiO2和MnO复合成硅酸盐(MnO·SiO2)，MnO·SiO2的熔点低(约1270℃)且密度小(约3.6g/cm3)，在熔池中能凝聚成大块熔渣而浮出，使得耐磨工作层2的夹杂物较少，且夹杂物的尺寸细小，分布均匀，延长了使用寿命。

实施例2

本发明实施例提供了对一种厚度为20mm的磨损的中板1进行堆焊修复的方法，该方法包括以下工艺步骤：

步骤1、对该厚度为20mm的磨损的中板1进行刨削加工，去除该中板1上表面的刮痕和孔洞，得到表面光洁的中板1；

步骤2、使用耐磨堆焊合金材料分别在表面光洁的中板1上的两道磨损凹陷槽11内堆焊耐磨工作层2，耐磨工作层2的最大厚度控制在10mm左右，堆焊过程中，将中板1的温度控制在150℃；

本实施例中的耐磨堆焊合金材料包含的元素及质量分数如表3所示：

表3耐磨堆焊合金材料的化学成分

步骤3、将堆焊了耐磨工作层2的中板1放入加热炉中加热至200℃，并保温10h后取出，空冷至室温25℃；

步骤4、对空冷至室温的中板1进行精加工至所需尺寸。

对堆焊修复后的中板1上的耐磨工作层2进行力学性能测试，得出的该耐磨工作层2的力学性能参数如表4所示：

表4耐磨工作层2的力学性能参数

力学性能	冲击韧性/J·cm^-2	硬度/HRC	硬度差/HRC	相对耐磨性
					参数	109.9	39.4	1.6	1.13

其中，在堆焊的过程中，由于耐磨工作层2中的组织不均匀会造成耐磨工作层2的表面的不同位置处的硬度有一定的差异，测量耐磨工作层2的硬度时一般采用多点测量然后求平均的方式，本发明中的硬度差指的是耐磨工作层2的表面的最大硬度与最小硬度的之差，若硬度差的值较大，意味着碳化物分布极不均匀，由于碳化物脆性大，在摩擦过程中容易产生裂纹并脱落，本发明中的硬度差为1.6HRC，小于2.0HRC，组织较为均匀，具有很好的耐磨性。

本发明中的相对耐磨性为在相同的磨损实验条件下，中板1的磨损量与耐磨工作层2的磨损量的比值，即相对耐磨性＝中板1的磨损量/耐磨工作层2的磨损量，该值是越大，表示耐磨工作层2的耐磨性越好。

实施例3

本发明实施例提供了对一种厚度为30mm的磨损的中板1进行堆焊修复的方法，该方法包括以下工艺步骤：

步骤1、对该厚度为30mm的磨损的中板1进行刨削加工，去除该中板1上表面的刮痕和孔洞，得到表面光洁的中板1；

步骤2、使用耐磨堆焊合金材料分别在表面光洁的中板1上的两道磨损凹陷槽11内堆焊耐磨工作层2，耐磨工作层2的最大厚度控制在15mm左右，堆焊过程中，将中板1的温度控制在150℃；

本实施例中的耐磨堆焊合金材料包含的元素及质量分数如表5所示：

表5耐磨堆焊合金材料的化学成分

步骤4、对空冷至室温的中板1进行精加工至所需尺寸。

对堆焊修复后的中板1上的耐磨工作层2进行力学性能测试，得出的该耐磨工作层2的力学性能参数如表6所示：

表6耐磨工作层2的力学性能参数

力学性能	冲击韧性/J·cm^-2	硬度/HRC	硬度差/HRC	相对耐磨性
					参数	114.5	38.5	1.4	1.20

实施例4

本发明实施例提供了对一种厚度为30mm的磨损程度较轻的中板1进行堆焊修复的方法，该方法包括以下工艺步骤：

本实施例中的耐磨堆焊合金材料包含的元素及质量分数如表7所示：

表7耐磨堆焊合金材料的化学成分

步骤3、将堆焊了耐磨工作层2的中板1放入加热炉中加热至200℃，并保温8h后取出，空冷至室温25℃；

步骤4、对空冷至室温的中板1进行精加工至所需尺寸。

对堆焊修复后的中板1上的耐磨工作层2进行力学性能测试，得出的该耐磨工作层2的力学性能参数如表8所示：

表8耐磨工作层2的力学性能参数

力学性能	冲击韧性/J·cm^-2	硬度/HRC	硬度差/HRC	相对耐磨性
					参数	116.3	39.2	1.6	1.17

实施例5

本发明实施例提供了对一种厚度为40mm的磨损的中板1进行堆焊修复的方法，该方法包括以下工艺步骤：

步骤1、对该厚度为40mm的磨损的中板1进行刨削加工，去除该中板1上表面的刮痕和孔洞，得到表面光洁的中板1；

步骤2、使用耐磨堆焊合金材料分别在表面光洁的中板1上的两道磨损凹陷槽11内堆焊耐磨工作层2，耐磨工作层2的厚度控制在20mm，堆焊过程中，将中板1的温度控制在150℃；

本实施例中的耐磨堆焊合金材料包含的元素及质量分数如表9所示：

表9耐磨堆焊合金材料的化学成分

步骤4、对空冷至室温的中板1进行精加工至所需尺寸。

对堆焊修复后的中板1上的耐磨工作层2进行力学性能测试，得出的该耐磨工作层2的力学性能参数如表10所示：

表10耐磨工作层2的力学性能参数

力学性能	冲击韧性/J·cm^-2	硬度/HRC	硬度差/HRC	相对耐磨性
					参数	107.3	40.2	2.0	1.18

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种用于磨损的刮板运输机中部槽中板的堆焊修复方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤4、对空冷至室温的中板进行精加工至所需尺寸。

2.根据权利要求1所述的用于磨损的刮板运输机中部槽中板的堆焊修复方法，其特征在于，在步骤2中，将中板的温度控制在150℃。

3.根据权利要求1所述的用于磨损的刮板运输机中部槽中板的堆焊修复方法，其特征在于，在步骤3中，将堆焊了耐磨工作层的中板放入加热炉中加热至200℃，并保温8h或者10h后取出。

4.根据权利要求1所述的用于磨损的刮板运输机中部槽中板的堆焊修复方法，其特征在于，在步骤2中，采用手工电弧焊或者二氧化碳气体保护焊在所述磨损凹陷槽内堆焊耐磨工作层。

5.根据权利要求1至4任一项权利要求所述的用于磨损的刮板运输机中部槽中板的堆焊修复方法，其特征在于，所述耐磨工作层的洛氏硬度范围在38.5～40.2之间。

6.根据权利要求1至4任一项权利要求所述的刮板运输机中部槽中板的堆焊修复方法，其特征在于，所述耐磨工作层的相对耐磨性的范围在1.13～1.20之间，所述相对耐磨性＝中板的磨损量/耐磨工作层的磨损量。