LJG315型掘進機從動鏈輪焊接性能研究

鄭喜平ZHENG Xi-ping；趙富軍ZHAO Fu-jun；郝平凱HAO Ping-kai；劉朝旭LIU Zhao-xu

（①林州重機集團股份有限公司技術處，安陽 456550；②河南省科學技術信息研究院，鄭州 450003）

（①Technical Service Department of Linzhou Heavy Machinery Group Co.，Ltd.，Anyang 456550，China；②Henan Provincial Institute of Science&Technical Information，Zhengzhou 450003，China）

LJG315型掘進機從動鏈輪焊接性能研究

鄭喜平①ZHENG Xi-ping；趙富軍①ZHAO Fu-jun；郝平凱①HAO Ping-kai；劉朝旭②LIU Zhao-xu

（①林州重機集團股份有限公司技術處，安陽 456550；②河南省科學技術信息研究院，鄭州 450003）

（①Technical Service Department of Linzhou Heavy Machinery Group Co.，Ltd.，Anyang 456550，China；②Henan Provincial Institute of Science&Technical Information，Zhengzhou 450003，China）

LJG315型掘進機從動鏈輪是由35CrMo鋼和27SiMn鋼焊接而成的，在220℃預熱的情況下，利用氣體保護對35CrMo鋼和27SiMn鋼進行了焊接，觀察了焊接接頭的顯微組織并測量了硬度。經生產驗證，其焊接性能滿足了從動鏈輪的力學性能要求。

35CrMo鋼；27SiMn鋼；從動鏈輪；焊接性能

0 引言

煤礦巷道的快速掘進是保證礦井高效穩產的關鍵，快速掘進又稱煤巷綜合機械化掘進，其主要方式是懸臂式掘進機與單體錨桿鉆機配套作業線，懸臂式掘進機可以截割任意形狀斷面的井下巖石、煤或半煤巖巷道是一種集截割、裝運、行走、操作等功能于一體的復雜機械設備林州重機集團股份有限公司是國內最大的民營煤礦機械生產企業，2011年在深圳交易所成功上市，公司生產的LJG315懸臂式掘進機，爬坡能力±18°，履帶寬度600mm，性能穩定，結構可靠，在國內掘進市場占有一席之地。本文的主要內容是通過金相組織和硬度試驗分析，研究LJG315懸臂式掘進機從動鏈輪的焊接性能。

1 從動鏈輪的相關技術參數

鏈輪材質35CrMo，重 12kg，輪廓尺寸 Ф170mm×95mm，如圖1（a）所示。熱處理要求調質HB280～320，箱式爐加熱，工藝采用870±10℃油冷淬火，570±10℃回火，熱處理后機加工，機加工后鏈輪1（a）和鋼管1（b）進行焊接，圖2是焊接之后的示意圖。

圖1 二維 CAD 圖（a）鏈輪，（b）鋼管

圖2 27SiMn鋼管和35CrMo鏈輪焊接圖

從動鏈輪中間的熱軋無縫鋼管材質是27SiMn，重9.64kg，外徑 Ф102mm，內徑 Ф75mm，長度 338mm，如圖 1（b）所示；熱處理要求調質HB240～280，熱處理工藝為900±10℃水冷淬火，580±10℃回火。鏈輪和鋼管在調質態進行焊接，脆硬傾向較大。

2 母材焊接性能分析

2.1 35CrMo鋼焊接性能分析 35CrMo具有良好的塑性與韌性配合[1]，Cr、Mo等元素對焊接性能有重要影響，根據國際焊接學會（IIW）推薦的碳當量計算公式，可計算35CrMo 碳當量：Ceq=C+Mn·1/6+(Cr+Mo+V)·1/5+(Ni+Cu)·1/15(%)=0.72%。

Ceq＜0.40%時，焊接性能優良，淬硬傾向不明顯；Ceq=0.40～0.60%時，焊接性尚可，但淬硬傾向增大；Ceq＞0.60%時，屬于較難焊接材料，可焊性很差。35CrMo鋼碳當量Ceq=0.72%＞0.6%，含碳量及合金元素都比較高，液-固相區間較大，具有較大的裂紋傾向[2]。

2.2 27SiMn鋼焊接性能分析 27SiMn鋼水淬時仍有較高的韌性，兼且價格低廉，應用廣泛。根據日本WES推薦的碳當量計算公式，27SiMn碳當量：Ceq=C+Mn/6+Si/24+Cr/5=0.51%，可知該鋼焊接性能一般，要確保獲得良好的焊接質量，必須采取合理的焊接工藝。

3 焊接材料的選擇及工藝參數

3.1 保護氣的選擇 保護氣的選擇對焊縫質量影響很大，純Ar可提高焊縫質量、減少氧化物夾雜及降低焊縫的含氧量，但焊縫成形不理想，電弧不穩定。純CO2作保護氣體，熔滴呈非軸向過渡且飛濺較大，焊縫成形較差。綜合考慮，用80%Ar+20%CO2的混合氣體作為保護氣體為宜。

3.2 焊絲的選擇 焊絲的選擇也是影響焊接接頭質量的關鍵。依據國標GB/T8110《氣體保護電弧焊用碳鋼、低合金鋼焊絲》的相關內容，選用ER50-6型，焊絲直徑為ф1.2mm 的碳鋼類焊絲，此類焊絲 бb＞500MPa，δ5＞22%，бs＞420MPa，這類碳鋼氬弧焊絲具有良好的抗裂性能。

3.3 電弧電壓的選擇 電弧電壓是焊接中的一個重要參數，電弧電壓與焊接電流有一個最佳的配合范圍，林州重機集團股份有限公司鉚焊分廠使用的是時代逆變NB-500型電焊機，所選焊接電流為220～250A，弧焊電壓為21～25V。

4 試驗結果分析與討論

4.1 焊接接頭的組織分析 利用DK77-25F線切割機床把試樣切開，然后打磨、拋光、腐蝕，用OLYMPUS GX51金相顯微鏡觀察顯微組織，下面以35CrMo鏈輪一側進行分析。圖3（a）是焊縫中心區的顯微組織。從圖中可看出，該區域的顯微組織是針狀或塊狀鐵素體，其形成原因是：由于焊接速度極快，焊縫中心在高溫區間內停留時間短，奧氏體中碳元素不能長期穩定擴散，隨著溫度的快速降低，其擴散過程沒有完成，在鐵素體基體中得以保存下來[3～4]。

圖3（b）是熔合區顯微組織。從圖中可看出，該區域顯微組織是馬氏體+粒狀貝氏體，靠近焊縫一側主要是粒狀貝氏體，鐵素體較少；靠近母材一側是板條馬氏體+針狀馬氏體+少量鐵素體，從圖中可明顯看出隆起的晶粒晶界，說明此處溫度過高，奧氏體晶粒明顯長大。

圖3 不同區域的顯微組織（200×）（a）焊縫區，（b）熔化區

圖 4（a）、圖 4（b）分別是過熱影響區、完全淬火區的顯微組織。圖4（a）和圖3（b）右半部分相似，晶粒的晶界明顯隆起，晶粒已經明顯長大，該區組織主要是板條馬氏體和針狀馬氏體，同時并有少量下貝氏體。從圖4（b）中可看出，該區域的母材距離焊縫中心距離適中，接受焊縫中心的熱量把自身加熱到Ac3溫度以上，這和正常的淬火溫度基本一致；其顯微組織由馬氏體+少量粒狀貝氏體組成。

圖4 不同區域的顯微組織（200×）（a）過熱區，（b）完全淬火區

4.2 焊接接頭的硬度分析 在焊縫的中心位置確定一點，開始測量維氏硬度值，然后以此為基準點，同時向焊縫左右兩邊直線延伸，每隔0.5mm測量一系列的硬度值，直至焊縫及母材部分被完全覆蓋為止，共測量21個點。圖5是所繪制的硬度曲線圖，整個焊接接頭的硬度呈現波浪分布，出現三個硬度峰值；中間的硬度峰值出現在焊縫中心，最高硬度是356HV。隨著距焊縫中心距離的增加，硬度稍微下降是隨之又升高，其中35CrMo側硬度值達到最高峰值411HV，27SiMn側硬度達到極大峰值356HV，然后逐漸下降，兩側的硬度峰值距離焊縫中心的大致相等。

圖5 硬度曲線

5 結論

①35CrMo鋼和27SiMn鋼在氣體保護下焊接，其焊縫中心組織是粒狀貝氏體+塊狀鐵素體，硬度值從焊縫中心向外呈現波浪線分布，出現三個硬度峰值。

②經實際生產驗證，35CrMo鋼和27SiMn鋼二者在調質狀態下焊接，采用220℃預熱時，其焊接具有較高的硬度，能滿足LJG315型掘進機對從動鏈輪的技術要求。

[1]印波，邱望標.27SiMn焊接工藝的研究[J].機械制造技，2010，37（11）：1-3.

[2]張永革，晉兵營，馮娜娜.不等厚35CrMo鋼耐磨板焊接工藝措施[J].熱加工工藝，2010：39（1）：121-123.

[3]倪艷.調質狀態下35CrMo鋼的焊接[J].制造技術與機床，2005（2）：1-2.

[4]崔忠析，劉北興編.金屬學與熱處理原理[M].哈爾濱：哈爾濱工業大學出版社，2004.

Study on the Weldability of the Driven Sprocket of LJG315 Heading Machine

LJG315 roadheader driven sprocket is welded by 35CrMo and 27SiMn steel.With mixed gas protection and 220℃preheated,35CrMo steel and 27SiMn steel were welded.The microstructure of welded joints was observed and the hardness was tested.The production showed that the welded joints can meet the requirements of mechanical properties of driven sprocket.

35CrMo steel；27SiMn steel；driven sprocket；welding performance

鄭喜平（1978-），男，河南滑縣人，碩士研究生，工程師，研究方向為機械制造和金屬材料，曾經發表二十余篇論文及三十余項專利。

U455.3+1；TG407

A

1006-4311（2014）15-0042-02