礦用高強度圓環鏈焊接質量的控制

摘 要：礦用高強度圓環鏈（以下簡稱礦用鏈）適用于煤礦井下刮板輸送機、刨煤機、滾筒采煤機及其他機械的牽引鏈。礦用鏈機械性能的好壞直接影響到井下牽引設備的安全運行及人身安全，屬于國家礦用產品安標范圍以內的產品。在礦用鏈的生產過程中，焊接和熱處理工序是礦用鏈生產的兩個關鍵工序，對其成品質量有著重要的影響。礦用鏈采用中頻感應熱處理系統，利用集膚效應使得鏈環硬度分布呈馬鞍形，這是使礦用鏈滿足GB/T12718--2009標準機械性能要求的關鍵所在。而焊接質量又是礦用圓環鏈質量的基礎指標，如果焊接質量不合格，即使熱處理參數再合理，也不會有好的機械性能。使用UNT系列對焊機進行礦用鏈焊接，由于焊接設備屬于半自動控制，所以操作者的過程控制和工藝參數的合理使用，對焊接質量的好壞有著比較重要的影響。要取得良好的焊接接頭，需要一定的操作經驗。本文根據大量的實際工作經驗，對直徑在22毫米及以下礦用鏈，采用凸輪送進機構的半自動閃光對焊機焊接的質量控制要點及工藝要求進行了初步的探討。

關鍵詞：礦用高強度圓環鏈；閃光對焊；有電頂鍛；保壓

1 閃光對焊

對焊是電阻焊的一種，礦用鏈的接頭焊接采用的是對焊方法中的閃光對焊。 閃光對焊是電流通過兩個對接工件的接觸表面時，其細小的接觸點的電阻極其接觸表面的電弧產生熱量，將對接表面加熱，在適當時間后，對接頭施加壓力，使兩個對接表面的整個區域同時牢固結合起來的電阻焊方法。

閃光對焊的焊接原理是將被焊的兩工件，分別夾持在與焊接變壓器次級連接的兩個電極中，一端為固定不動的夾持器（靜夾持器），另一端為可軸向移動的動夾持器。當動夾持器一端的工件緩慢地向靜夾持器一端的工件移動時，由于工件端面總是“ 凹凸” 不平，兩工件端面總是由一點或幾點開始接觸。當電流通過這些接觸點時，就產生電阻熱。 由于電流大，這些接觸點的金屬很快被加熱熔化，形成“ 過梁” ，“ 過梁” 在大電流密度作用下，迅速被加熱而爆炸、噴濺，并形成許多小電弧。這個過程稱為“ 閃光”過程。隨著其中一個工件以適當速度推進，新過梁不斷產生，閃光持續發生，直到兩接口表面完全被一薄層熔化的金屬覆蓋，而且兩個工件從電級伸出的部分都有一小段達到塑性很好的溫度，此時施加頂鍛壓力，將接合面的熔化金屬全部擠出，將兩工件牢固地鍛壓在一起，完成對焊過程。

閃光對焊可分為連續閃光對焊和預熱閃光對焊兩種。連續閃光對焊是指在施加電壓后，一個工件不停頓的向前緩慢推進，保持閃光過程持續不斷直至頂鍛。 而預熱閃光對焊是指在施加電壓后，兩個工件一次或多次迅速接觸，又迅速分開，形成斷續閃光（閃光預熱），然后轉入穩定的連續閃光過程，直至頂鍛。我公司生產礦用鏈采用的是預熱閃光對焊的方法。采用預熱閃光對焊，減小了焊接設備的功率，減少了閃光燒化量，節省了材料。

2 礦用鏈的焊接設備

通常，Φ22礦用鏈焊接采用UNT-250閃光對焊機，焊機功率為250KW；Φ18礦用鏈焊接采用UNT-160閃光對焊機，焊機功率為160KW。設備主要由機械部分、電氣部分及控制部分組成。機械部分主要包括減速裝置、動靜夾持器及傳動裝置。電氣部分有焊接變壓器、大小導體及其連接導電系統。控制部分除實現基本焊接規定動作的部分以外，主要還包括調整電氣與凸輪配合動作時間先后的裝置，以實現合理的工藝參數。另外，一般的半自動閃光對焊機都配有相應的焊后去毛刺設備，對焊接后的焊口殘渣進行清理，以獲得光滑的焊接接頭。

我公司使用的UNT-160閃光對焊機，在設備原結構的基礎上進行了改造。原廠設備的焊接變壓器都設計在設備主體下部空腔內，通過上下垂直的導電板與大導體相連接。在實際工作中，焊接過程中產生的飛濺、氧化皮及焊口去毛刺的殘渣經常掉到變壓器上，不易清理，容易引起變壓器絕緣損壞、短路等電氣故障，且維修很不方便。我們的改造方法是，把變壓器移至設備后方，把連接導電板從大導體處向后方設置，再上下垂直用導電帶連接至變壓器，并制作單獨的防護罩（帶通氣窗）對變壓器進行防護。這樣既方便了變壓器的維修，又保證了變壓器工作環境的清潔，實用效果非常好。

3 鏈環的焊接過程

在凸輪控制動夾持器進行軸向運動的半自動閃光對焊機上，根據凸輪的幾個分區，可以把鏈環的閃光對焊過程分為四個階段，即預熱、閃光、頂鍛和保壓。根據礦用鏈規格的不同以及采用的材質差異，根據閃光對焊的原理，保證以上幾個階段參數的合理，是保證焊接接頭質量的前提條件。

在UNT系列對焊機上，鏈環開口側兩端分別由動、靜夾持器強制固定，該過程的實現是由凸輪帶動動夾持器進行軸向移動來完成的。

預熱階段：鏈環焊接前兩端面呈V字形，且下端要碰口，以保證預熱階段焊口處于短路狀態，隨著凸輪升程加大，逐步提高焊口溫度，為閃光做準備。

閃光過程：預熱結束后，靜夾具一端的飯凸輪方向作用力使焊口強制拉開，暫時形成斷路狀態。隨著凸輪升程逐步加大，焊口開始點接觸，根據閃光焊接原理，形成“過梁”，進而激發“閃光”，去除了焊口的雜質，端面形成液態金屬熔化層。

頂鍛和保壓階段：焊接端面形成液態金屬層后，迅速實施頂鍛力，把液態金屬擠出來，形成焊口。為保證頂鍛時的焊口溫度，頂鍛應為有電頂鍛，即在實施迅速頂鍛后再斷開電極電源。為消除應力，鞏固焊口，再加以2至3秒保壓，形成固定的接頭。

4 焊接工藝參數

閃光對焊的工藝參數理論上講，主要包括焊接電壓和電流、燒化速度和送進速度、燒化留量、頂鍛留量、頂鍛速度及伸出長度等。對焊機確定后，接頭電流是由電壓來確定的。改變焊接變壓器一次線圈抽頭接通的檔次，即可調節焊接電壓。根據我們的實際經驗，采用UNT系列閃光對焊機，在凸輪控制的半自動系統下，通過對預熱電壓、閃光電壓以及頂鍛電流的合理控制，就可以把焊接過程實現好。因為電壓表和電流表的數據在電控柜上顯示比較直觀，便于操作者觀察，再配以一定的實際工作經驗，即可把握。

4.1 預熱電壓

預熱的作用是加熱焊口，為閃光做準備工作。根據凸輪預熱區域的長短，設置合適的預熱電壓，根據對預熱焊口的觀察，可以保證預熱吸收熱量的合適程度。一般18*64系列礦用鏈采用UNT-160閃光對焊機焊接，預熱電壓在160V左右；22*86系列礦用鏈采用UNT-250閃光對焊機焊接，預熱電壓在150V左右。根據我們的經驗，預熱電壓的高低可以通過觀察焊口在預熱過程中的溫度變化來掌握，一般焊口從V形口的底部開始發紅，然后在焊口端面上逐步擴展到整個端面，且過程要均勻，在閃光拉車以前達到紅而不白的溫度較為合適。也可以從焊機的后面在導體之間進行觀察，焊口的后側一般不發紅，即焊口的圓周不能完全發紅，一般達到焊口圓周的80%到90%。

4.2 閃光電壓

預熱完成后，兩焊口拉開，進入閃光階段。隨著閃光時間的增加，工件焊口的溫度不斷上升。為了確保激發閃光，并保持閃光過程的連續和穩定，閃光階段要有合適的電壓來保證。一般18*64系列礦用鏈采用UNT-160閃光對焊機焊接，閃光電壓在320V左右；22*86系列礦用鏈采用UNT-250閃光對焊機焊接，閃光電壓在270V左右。實現持續和強烈的閃光過程，凸輪的曲線必須合理，要滿足閃光過程的燒化量和進給量的平衡，這是基本條件和前提。

4.3 頂鍛電流

頂鍛時，要注意觀察頂鍛電流。一般18*64系列礦用鏈采用UNT-160閃光對焊機焊接，頂鍛電流在300A到330A左右；22*86系列礦用鏈采用UNT-250閃光對焊機焊接，頂鍛電流在450A到500A左右。頂鍛階段的要點是有電頂鍛，但有電的時間要合適。如果停電晚，容易在焊口兩側、導體范圍之內產生圓周分布的小裂紋；如果停電過早，則不易保證頂鍛前焊口的溫度，易產生雜質，造成焊接不牢靠。

另外，有一些基礎的常識應該掌握。

（1）伸出長度要合適。一般兩導體之間的距離可以按照略大于礦用鏈直徑的原則來把握。例如，18*64礦用鏈的兩導體間距在20mm左右。

（2）凸輪各部分曲線的完好。特別是頂鍛部位，要保證陡立度，才能實現大的頂鍛速度。凸輪的頂鍛量，對于18*64礦用鏈來說，一般不低于3mm。

（3）小導體的寬度在保證壓緊不變形的前提下，要盡量減小。導體表面必須經常清理，保持干凈，以增強導電效果。否則，焊口和環背的分流將產生變化，影響焊口加熱。

（4）鏈環焊接過程中吸收的總熱量是一定的。預熱偏高時，閃光和頂鍛階段應適當降低；反之，則應加大。但預熱在整個過程中的作用很重要，一般要盡量保證，即預熱可稍高，否則影響焊接質量。

5 焊接質量的控制

Φ22及以下礦用鏈，采用的是凸輪送進機構的半自動閃光對焊機進行接頭焊接，所以操作者的經驗對焊接質量有著較大的影響。由于在生產過程中，電網電壓、導體導電情況及設備狀況都是動態變化的，所以焊接工藝參數的調整必須及時跟上，以保障焊接質量。調整的總原則是必須按照閃光對焊的焊接原理，給閃光對焊的過程創造合適的條件，以保證閃光過程的連續和強烈，尤其是閃光階段的后期，因其臨近頂鍛，對接頭的最后形成有著直接影響。根據筆者的實際工作經驗，針對經常出現的焊接質量缺陷，做好礦用鏈焊接質量的過程控制，有以下幾方面的注意事項。

5.1 出現大的燒傷

一般表現為鏈環表面有橫向大裂紋，內部熔化金屬溢出表面。這種現象的產生原因是，焊接電壓過低，閃光過程中有較長時間的短路現象；頂鍛時斷電晚；鏈環焊前接口間隙大，燒化速度低而短路。要根據具體情況采取應對措施。

5.2 出現小燒傷

一般表現為鏈環表面有小裂紋，內部組織過熱、過燒。造成這些現象的原因有電頂鍛偏大；導體與工件接觸電阻過大，接觸面積過小；伸出長度過小。要針對性的采取調整措施。

5.3 未焊透

一般表現為鏈環斷面有灰斑、縮孔、縮松、夾渣、封閉不良等。其原因是鏈環焊前接口間隙過大，總體焊口溫度低，造成閃光不足；頂鍛量小，或者頂鍛帶電少甚至不帶電頂鍛。

5.4 鏈環環背部嚴重氧化、燒裂，有時在圓弧內側出現裂紋

其原因是焊接電壓高；伸出長度過大，環背部分路過短造成。有時也與原材料的雜質含量有一定的關系。

另外，在實際工作中，還經常利用礦用鏈成品性能試驗后的斷口鏈環進行對焊接質量進行分析。通過對斷口顏色、形狀、組織的分析，確定焊接屬于燒傷還是未焊透，還是屬于熱處理的問題，以采取正確的調整措施。

6 結語

總之，礦用鏈的焊接需要在焊接原理的基礎上，掌握一定的經驗。理論和實際相結合，始終圍繞焊接原理，才能保證焊接質量的成功。

參考書目：

[1]張家口煤機技校焊接組[S].電阻焊教程，2011.

[2]焊接手冊[S].