CN110732800A

CN110732800A - 用于中部槽修复的铁基合金组合物及中部槽的修复方法

Info

Publication number: CN110732800A
Application number: CN201911025264.1A
Authority: CN
Inventors: 贺安民; 刘混田; 张建铭; 杨增福; 王旭东; 魏子良; 艾兵; 张树瑜; 罗剑; 曾小平; 房敏; 王亚
Original assignee: Shenhua Shendong Coal Group Co Ltd
Current assignee: Shenhua Shendong Coal Group Co Ltd
Priority date: 2019-10-25
Filing date: 2019-10-25
Publication date: 2020-01-31
Anticipated expiration: 2039-10-25
Also published as: CN110732800B

Abstract

本发明提供了一种用于中部槽修复的铁基合金组合物，其包括C：0.05～0.20％；Cr：12～25％；Mn：2.0～6.0％；Si：0.05～0.25％；Ni：2.5～6.0％；Mo：1.0～4.0％；Ce：0.05～0.30％；S：<0.02％；P<0.02％；以及Fe：余量。本发明还提供了一种中部槽的修复方法，使用本发明所述的铁基合金组合物作为修复材料。本发明提供的铁基合金组合物与中部槽基材融合性好，焊接性能优异，成本低廉，本发明提供的修复方法得到的修复层综合力学性能显著提升，能大大延长中部槽的使用寿命，而且表面均匀光滑，外观成型良好。

Description

用于中部槽修复的铁基合金组合物及中部槽的修复方法

技术领域

本发明涉及铁基合金材料领域，具体涉及一种用于中部槽修复的铁基合金组合物以及一种中部槽的修复方法。

背景技术

刮板输送机是综合机械化采煤工作面的主要运输设备，其除了运送煤之外，还可作为采煤机行走轨道以及液压支架移动的推拉支撑点。刮板输送机由机头、机尾、电机、传动和中部槽组成，其中，中部槽的使用寿命决定了整个刮板输送机的使用效益，因为其主要运输物料如原煤、矸石等，借助刮板和链条在中板上滑行，工作阻力大，中部槽中、底板的磨损问题突出。

当前，中部槽的修复多是采用手工电焊条堆焊或焊丝气保护堆焊工艺来完成，而这些工艺存在的主要问题是：修复层耐磨性较差且容易脱落，修复区域热影响区较大，会影响基材和修复层的组织性能与力学性能，修复质量不稳定，表面成型效果差，需要工人细心寻找磨损的地方进行修复，导致修复不全面，而且修复效率较低，安全隐患多，劳动强度大。

鉴于中部槽服役工况的复杂性，用于修复层的修复材料需符合耐磨性、抗冲击性等力学性能的高要求，才能保证修复效果，延长中部槽的使用寿命。但目前尚未发现适用于中部槽修复的专用材料。

基于现有技术的情况，迫切需要开发一种适用于中部槽特点的修复材料以及修复方法。

发明内容

为了克服中部槽修复技术中存在的前述缺陷，本发明的一个目的是提供一种用于中部槽修复的铁基合金组合物，其非常适用于对中部槽的修复。

本发明的另一个目的是提供一种中部槽的修复方法。

本发明提供的用于中部槽修复的铁基合金组合物按质量百分比包括以下组分：C：0.05～0.20％；Cr：12～25％；Mn：2.0～6.0％；Si：0.05～0.25％；Ni：2.5～6.0％；Mo：1.0～4.0％；Ce：0.05～0.30％；S：<0.02％；P<0.02％；以及Fe：余量。

通常，中部槽的基材主要包括以下元素成分：

本发明提供的铁基合金组合物与中部槽基材的元素组成具有一定的相似性，以保证修复层能够达到中部槽所需的基本性能。在此基础上，本发明的铁基合金组合物还额外增大了Cr和Mo的含量，并增加了稀土元素Ce。在高温堆焊的过程中，Cr和Mo元素可在修复交界处富集，并与组合物、中部槽基材中的C结合，经过结晶过程后，在交界处形成均匀的、呈网状分布的大量大尺寸Cr₇C₃、Cr₂₃C6、Mo₂C和Fe₂MoC碳化物以及金属间化合物Cr₉Mo₂₀Ni₂₁，由此可使修复层与中部槽基材具有较强的结合作用，显著增加了修复层与周围部位的融合性，也提高了交界部位的耐磨性。Ce元素的添加可在结晶过程中使晶粒细化，减少晶粒杂质，进一步增强修复层与周围部位的融合性。本发明的铁基合金组合物还额外增加了Mn和Ni的含量，Mn、Ni、Si等元素均匀分布于修复层中，可提高整体修复层的耐磨性，增加修复层的使用时间，进而延长修复后的中部槽的使用寿命。

本发明提供的铁基合金组合物可根据中部槽基材的组成和/或所需的修复层性能由本领域技术人员适当调整各组分的用量，都能够达到优异的修复效果。

在一些优选的实施方式中，本发明的铁基合金组合物按质量百分比包括以下组分：C：0.08～0.12％；Cr：15～18％；Mn：3.0～4.5％；Si：0.09～0.13％；Ni：3.8～4.2％；Mo：1.5～2.0％；Ce：0.15～0.21％；S：<0.02％；P<0.02％；以及Fe：余量。

在一些更优选的实施方式中，本发明的铁基合金组合物按质量百分比包括以下组分：C：0.1％；Cr：17％；Mn：4.0％；Si：0.1％；Ni：4.0％；Mo：1.75％；Ce：0.18％；S：<0.02％；P<0.02％；以及Fe：余量。

本发明还提供了一种中部槽的修复方法，其采用上述技术方案任一项所述的铁基合金组合物作为修复材料，通过等离子堆焊在所述中部槽的待修复部位形成修复层。

本发明提供的修复方法中，等离子堆焊可采用本领域常规的等离子堆焊工艺，也可采用本领域常规的等离子堆焊设备。

在一些优选的实施方式中，所述铁基合金组合物在等离子堆焊之前混合研磨3～5h，至粒径为150～200目。

在一些优选的实施方式中，所述待修复部位在等离子堆焊之前采用激光进行扫描，扫描速度为30～35cm/min。激光扫描的结果可使后续的焊接过程更加准确、易控，并可实现焊接的自动化操作。

在一些优选的实施方式中，所述等离子堆焊过程中，所述修复材料的送粉速度为46～48g/min，送粉气为氩气，流量为4.0～4.5L/min。

在一些优选的实施方式中，所述等离子堆焊过程中，焊枪喷嘴至所述待修复部位的距离为10～12mm。

在一些优选的实施方式中，所述等离子堆焊采用多层多道工艺，堆焊层数为2～4层，每层为5～8道，搭接率为40～45％。在一些更优选的实施方式中，所述等离子堆焊采用三层六道工艺。

在一些优选的实施方式中，所述等离子堆焊过程中，还包括以下工艺参数中的一个或多个：熔覆电流为180～190A；基值电流为35～40A；维弧电流为20～25A；离子气和保护气为氩气，流量分别为2.0～2.5L/min和13.0～14.0L/min；电流上升时间为0.10～0.15s；下降时间为0.50～0.55s；保护气体延时5～6s；摆焊的振幅为4.0～4.5mm，频率为2.0～2.5Hz，边缘停留时间为0.20～0.25s。

在一些优选的实施方式中，所述待修复部位位于所述中部槽的中板和/或底板上。

本发明提供的铁基合金组合物中，各组分是根据与中部槽基材的融合性、匹配性进行优化设计的，各元素能够发挥最大优势，使铁基合金与中部槽基材之间具有优异的融合性和焊接性，成本低廉，有利于实现工业化生产。

本发明提供的修复方法工艺简单，生产效率高，劳动强度低，修复过程中飞溅小，安全性好且修复成本低廉。根据本发明的修复方法得到的修复层与中部槽基材的融合性、匹配性和结合性都较好，而且相对于传统的手工焊接耐磨焊丝成型的修复层，综合力学性能具有显著地提升，能大大延长中部槽的使用寿命。此外，根据本发明的修复方法得到的修复层表面均匀光滑，无开裂，无脱落，外观成型良好。

综上所述，本发明提供的铁基合金组合物和修复方法具有很高的经济价值和实用价值，非常具有应用前景。

附图说明

图1为实施例修复方法所得的修复层的外观照片；

图2为传统的手工焊接工艺所得的修复层的外观照片。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步详细说明。

在本发明中，实施例使用的Ce(铈)购自甘肃稀土新材料股份有限公司(规格：TREM≥99％，Ce/REM≥99.5％)。

堆焊设备来自上海多木实业有限公司。

在本发明中，如无特别说明，实施例所使用的材料均为市售产品，所使用的装置或操作方法均为本领域常见装置或操作方法。

实施例DBT1.2米中部槽中板修复

实施例所使用的铁基合金粉末按质量百分比包括以下原料：0.1％的C、17％的Cr、4.0％的Mn、0.1％的Si、4.0％的Ni、1.75％的Mo、<0.02％的S、<0.02％的P、0.18％的Ce，余量为Fe。将各原料经粉末球磨机研磨混合，研磨4h，获得均匀粉末，粒径为150-200目。

堆焊之前，使用三维激光扫描仪对中部槽中板上的待修复部位进行扫描，扫描速度为30cm/min，然后根据扫描结果进行自动化堆焊。

将粉末修复材料加入送粉器中，通过送粉气将粉末修复材料带至中部槽中板表面的待修复部位进行等离子堆焊。堆焊工艺参数如下：熔覆电流为180A，基值电流为40A，维弧电流为20A，离子气、送粉气和保护气均为氩气，流量分别为2.0L/min、4.0L/min和13.0L/min，电流上升时间为0.1s，下降时间为0.5s，保护气体延时5s。摆焊的振幅为4mm，频率为2Hz，边缘停留时间为0.2s，送粉速度为46g/min，焊枪喷嘴到工件的距离为10mm。共堆焊3层，每层由6道组成，搭接率为40％，由此在中部槽中板表面的待修复部位成型得到等离子堆焊修复层。

硬度测试

采用布氏硬度计测量中部槽中板和修复层的硬度，测量所得中部槽中板的平均布氏硬度值为289.02，而修复层的平均布氏硬度值为689.73。由此可见，修复层的硬度显著高于中部槽中板硬度。

耐磨性测试

通过摩擦磨损试验测量中部槽中板和修复层磨损失重值来比对耐磨性，所用设备为销-砂纸两体磨损试验机。通过测量得知修复层比中部槽中板耐磨性高0.7倍，即修复层的耐磨性是中板的1.7倍。

外观效果

采用实施例的修复过程修复10件DBT1.2米中部槽，所得的修复层皆具备良好的外观，与中部槽中板的结合性好，而且未出现开裂、掉层等现象，如图1所示。

传统的耐磨焊丝手工焊接工艺修复效果如图2所示，修复层与中部槽中板的结合性较差。

长期效果

长期跟踪结果表明修复层在使用六个月后，经检测内部未有气孔、裂纹等缺陷，磨损量不超过3mm。

工业实用性

通过上述实施例可以看出，本发明所得的修复层具有优异的耐磨性和硬度，修复后的中部槽使用效果良好，明显延长了中部槽的使用寿命，提高了使用周期，降低了生产成本。由此可见，本发明提供的铁基合金组合物以及中部槽修复方法非常具有实用价值。

除非特别限定，本发明所用术语均为本领域技术人员通常理解的含义。

本发明所描述的实施方式仅出于示例性目的，并非用以限制本发明的保护范围，本领域技术人员可在本发明的范围内作出各种其他替换、改变和改进，因而，本发明不限于上述实施方式，而仅由权利要求限定。

Claims

1.一种用于中部槽修复的铁基合金组合物，其特征在于，按质量百分比包括以下组分：C：0.05～0.20％；Cr：12～25％；Mn：2.0～6.0％；Si：0.05～0.25％；Ni：2.5～6.0％；Mo：1.0～4.0％；Ce：0.05～0.30％；S：<0.02％；P<0.02％；以及Fe：余量。

2.根据权利要求1所述的铁基合金组合物，其特征在于，按质量百分比包括以下组分：C：0.08～0.12％；Cr：15～18％；Mn：3.0～4.5％；Si：0.09～0.13％；Ni：3.8～4.2％；Mo：1.5～2.0％；Ce：0.15～0.21％；S：<0.02％；P<0.02％；以及Fe：余量。

3.根据权利要求2所述的铁基合金组合物，其特征在于，按质量百分比包括以下组分：C：0.1％；Cr：17％；Mn：4.0％；Si：0.1％；Ni：4.0％；Mo：1.75％；Ce：0.18％；S：<0.02％；P<0.02％；以及Fe：余量。

4.一种中部槽的修复方法，其特征在于，采用权利要求1-3任一项所述的铁基合金组合物作为修复材料，通过等离子堆焊在所述中部槽的待修复部位形成修复层。

5.根据权利要求4所述的修复方法，其特征在于，所述铁基合金组合物在等离子堆焊之前混合研磨3～5h，至粒径为150～200目。

6.根据权利要求4或5所述的修复方法，其特征在于，所述待修复部位在等离子堆焊之前采用激光进行扫描，扫描速度为30～35cm/min。

7.根据权利要求4-6任一项所述的修复方法，其特征在于，所述等离子堆焊过程中，所述修复材料的送粉速度为46～48g/min，送粉气为氩气，流量为4.0～4.5L/min。

8.根据权利要求4-7任一项的修复方法，其特征在于，所述等离子堆焊过程中，焊枪喷嘴至所述待修复部位的距离为10～12mm。

9.根据权利要求4-8任一项所述的修复方法，其特征在于，所述等离子堆焊采用多层多道工艺，堆焊层数为2～4层，每层为5～8道，搭接率为40～45％。

10.根据权利要求4-9任一项所述的修复方法，其特征在于，所述待修复部位位于所述中部槽的中板和/或底板上。