吊斗鏟VRC鏟斗焊接修復工藝的研究與應用

靳艷東

摘 要：吊斗鏟VRC鏟斗所用結構件材料均采用強度較高的鋼板，在運行過程中，經常產生不同程度的裂紋。普通的焊接工藝達不到鏟斗特性需求，導致裂紋頻繁開焊，重復焊接修復，無法滿足設備正常運行要求。所以通過實踐總結出一套具有針對性的焊接修復工藝，不僅可以降低工人的勞動強度，也可以有效提高吊斗鏟VRC鏟斗的使用壽命，提高設備生產效率。

關鍵詞：VRC鏟斗;金屬疲勞;CO2氣體保護焊;焊接修復

0 ?引 ?言

8750-65型邁步式吊斗鏟是準能公司露天煤礦拋擲爆破倒堆工藝的主采設備，主要對煤層上部巖石進行剝離。吊斗鏟配套使用的VRC鏟斗，全部為鋼結構，自重80噸，容量90立方米。鏟斗主體框架由厚度為50mm-100mm的焊達400型鋼板制作而成，框架內部采用厚度30mm的威達700型鋼板填充。鏟斗在滿負荷使用過程中，經常產生不同程度的裂紋，填充鋼板裂紋可現場臨時焊接，不影響設備運行;若主體框架裂紋，普通的焊接工藝達不到鏟斗特性需求，導致裂紋頻繁開焊，不得不重復焊接修復，無法滿足設備正常運行要求。所以一種針對性的焊接修復工藝不僅可以降低工人的勞動強度，也可以有效提高設備經濟性。

1 ? 吊斗鏟VRC鏟斗裂紋分析

吊斗鏟VRC鏟斗連帶索具自重達100噸以上，作業過程中頻繁與巖石撞擊，其外力作用引起鏟斗本體開裂。如果是大能量的單次沖擊，會產生突發性裂紋，一般屬于脆性斷裂裂紋，以極快的速度擴展，由于速度很快，產生的塑性變形來不及抗衡裂紋的擴展，所以導致脆性斷裂。脆性斷裂裂紋具有不能被及時發現、不能預先控制等弊端。

如果鏟斗在作業中被小能量多次沖擊，即會產生疲勞裂紋。疲勞是指小能量多次沖擊而產生裂紋并擴展斷裂。鏟斗某個部位承受不同的交變應力集中作用，長時間重復工作，局部區域產生微小裂紋，繼續承載運行后，裂紋逐漸擴大發展到表面，有時候甚至斷裂。此疲勞裂紋早期不易發現，生產過程中需對鏟斗應力集中區域加強檢查力度，發現裂紋后及時進行維修，避免故障擴大。

2 ? 鏟斗焊接修復

吊斗鏟實際運行中，鏟斗始終處于交變載荷作用下，因此，其發生金屬結構的疲勞裂紋或斷裂非常普遍。焊接修復是針對鏟斗裂紋最有效、最經濟的維修手段。更換總成或用新材料替換裂紋區域成本都比較大，而且焊接質量不嚴謹，也會造成焊道重復開裂，增加維修成本。焊接修復分為現場焊接和大修焊接，一般為了不影響設備正常運行計劃，出現裂紋后采取現場焊接的方式，使設備短時間內恢復使用要求，但是現場維修存在加熱溫度無法保證、焊接環境不可控、保溫效果差等缺點。最合理經濟的維修計劃，是在鏟斗正常保養周期內下機維修，鏟斗進行全方位的探傷檢查，對所有裂紋按照工藝進行焊接修復。由于鏟斗金屬與結構的特殊性，對焊接工藝的要求較高。

3 ? 焊接工藝的制定與應用

3.1焊接方法

吊斗鏟VRC鏟斗體積龐大，裂紋位置會隨工況隨機出現。所以，每道裂紋都必須根據其寬度、長度、厚度、方向等條件不同，選用一種或多種焊接方法進行修復。可采用的焊接方法有平焊、橫焊、立焊、仰焊等。對焊縫的選擇控制也非常重要，在金屬焊接過程中，焊縫過寬、焊腳尺寸過大，不但焊接接頭受熱嚴重，引起焊縫晶粒粗大，塑性、韌性下降，而且焊接熱影響區較大，易產生焊接應力及變形;再者浪費材料增加成本。反之，焊縫過窄、焊腳尺寸過小，母材與焊縫可能熔合不良，引起應力集中，同時還使焊縫易產生咬邊、裂紋等焊接缺陷，影響接頭強度。因此正確確定焊縫尺寸是保證焊接質量的關鍵。吊斗鏟鏟斗裂紋一般都比較大，例如鏟斗本體提梁根部裂紋，寬度150mmm、深度200mm、長度400mm，宜采用多層焊或多層多道焊，焊道打底時，需要使用直線型的焊接方法，對其上部填充層可選用斜鋸齒形、斜環形焊接方法。

3.2焊絲選擇

焊絲選用藥芯焊絲，藥芯焊絲是在焊絲內部裝有焊劑或金屬粉末混合物（稱芯料），焊接時，在電弧熱的作用下溶化狀態的芯料、焊絲金屬、母材金屬和保護氣體相互之間發生冶金反應。同時形成一層較薄的液態熔渣包覆熔滴并覆蓋熔池，對熔化金屬構成又一層保護。所以實質上這是一種氣渣聯合保護的焊接方法。選用直徑為1.6毫米的TM-771Ni和LW-81Ni1兩種藥芯焊絲，由于VRC鏟斗本體母材抗拉強度略高于TM-771Ni焊絲，低于LW-81Ni1焊絲，所以裂紋0-90毫米選用TM-771Ni焊絲進行焊接修復，厚度90-180毫米選用LW-81Ni1焊絲進行焊接修復，這樣厚度0-90毫米的熱影響區和厚度90-180毫米的熱影響區的抗拉強度非常接近母材的抗拉強度，從而得到完美的過渡，保證焊縫質量。

3.3焊前準備工作

由于吊斗鏟框架本體采用厚度為50毫米的焊達400鋼板，填充采用厚度為30毫米的威達700鋼板，所用結構件材料均采用強度較高的鋼板。裂紋刨削、焊絲、焊接速度、焊接電壓、焊接方式等，對焊接強度、焊接韌性、焊接成型、電弧穩定等焊接質量至關重要。

采用碳弧氣刨方法將裂紋刨削出帶鈍邊的V型坡口，刨削前加熱VRC鏟斗裂紋達到200℃以上。清理焊接部位周圍的油漆、雜質等，使用角磨機對裂紋進行打磨，使其無夾碳無氧化皮。在裂紋背面鋪貼背板，正反面鋪貼加熱板，直到裂紋周圍1平方米的板材均達到200℃并持續加熱。這些準備工作未完成之前不允許焊接。

3.4 焊接工藝及參數

選用CO2氣體保護焊，由于CO？氣體保護焊的焊絲直徑小，電流密度大，電弧穿透力強，熔深大而且焊絲的熔化效率高，所以熔敷速度快，其生產效率為焊條電弧焊的2～4倍。焊接變形小，由于CO？氣體保護焊的熱量集中，產生的焊接變形小。能耗少，厚度為25mm的鋼板對接焊縫，每米焊縫消耗的電能，CO？焊是焊條電弧焊的40%左右。CO？焊接厚板可以采用多層多道焊，厚度不受限制。抗銹能力強，CO？氣體保護焊焊出的焊縫中含氫量低，抗裂性好，是一種低氫焊接方法。機動靈活，操作簡便，CO？氣體保護焊具有自動送絲系統和焊條電弧焊的機動性，又是明弧，便于監視和控制熔池及電弧有利于實現焊接過程的機械化和自動化。焊接綜合成本低，CO？氣體是釀造廠和化工廠的副產品，來源廣泛，價格低。 焊接電流200A，電弧電壓30V，焊接速度控制在15-18m/min范圍內，CO2氣流量約為20L/min，焊絲伸出長度約為10mm。電源極性采用直流反接，回路電感0.30-0.70MH，焊槍角度傾角小于10°。采用多層多道堆焊焊接方法， 焊時注意溫度監測，每一層焊道都必須用打渣器清理熔渣，同時減小殘余應力。做好防風措施，如不慎出現氣孔或夾渣，要停止施焊，利用氣刨將氣孔和夾渣清理干凈再繼續施焊。焊后保溫6小時以上，然后撤除加熱板緩慢冷卻，直到與環境溫度一致，然后將焊縫打磨光滑。焊修后若有條件需對焊縫按照工藝要求進行PT、MT、UT等無損檢測。

3.5焊接注意事項

為了保證焊道無夾渣、氣孔、等焊接缺陷，焊接前必須對焊接表面進行徹底清理，并對焊接區域進行加熱保溫;焊接過程中嚴格按照焊接工藝，發現有缺陷時及時清除補焊;露天焊接必須設置半封閉的操作間，以防止不穩定的空氣流動對CO2氣保焊造成的焊接缺陷;焊接后嚴格按照要求進行保溫，以使焊接材料與母體材料的力學性能一致。

焊接防火是此項工作的重點防護內容，需嚴格按照焊機銘牌上標的數據使用焊機，不得超載使用;使用焊機前，應檢查焊機接線是否正確，電流范圍是否符合要求，外殼接地是否可靠，焊機內有無異物;定期檢查焊機電路的狀況以及焊機各處的絕緣性能，如有問題應及時排除;作業時需設專人監護，確保作業人員及周圍環境安全。焊接或氣刨的時候一定要清楚周圍雜物，確保火星飛濺區域無易燃易爆設備或物資。對焊接切割作業下方應進行隔離，作業完畢后應做認真細致的檢查，確認無火災隱患后方可離開現場;加強檢測，注意監護，要有嚴格的安全組織措施。

4 ? 結束語

鏟斗作為吊斗鏟挖掘的關鍵機構，它的性能好壞直接影響吊斗鏟的工作效率。所以對吊斗鏟鏟斗需加強日常維護保養，發現裂紋及時進行焊接修復，而且焊接修復必須根據設備性質、工作環境、材料應用等制定針對性的工藝，盡可能恢復設備的初始性能，減少類似故障的發生。此焊接修復工藝不僅可以降低工人的勞動強度，也可以有效提高吊斗鏟鏟斗使用壽命，提高設備生產效率。

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