混凝土泵車用耐磨堆焊焊絲工藝評定方案

白林振，韓猛，王云飛，趙保雷，張彭飛

徐州徐工施維英機械有限公司 江蘇徐州 221000

1 序言

混凝土泵車由于其機動靈活性而得到建筑行業的廣泛應用，其與混凝土攪拌運輸車配合工作，將混凝土泵送至指定位置，從而完成工程任務[1]。在一些大型工程施工中，為滿足在短時間內澆灌大量混凝土的需要，泵車的泵送排量需不斷增大，這導致泵車中的S管閥等易損件磨損快或使用壽命縮短，需頻繁更換，影響正常施工[2]。堆焊是利用焊接熱源將具有耐磨、耐腐蝕、耐高溫或抗氧化等一定性能的材料熔敷到焊件表面上，形成冶金結合的一種工藝過程。目前，堆焊工藝已廣泛應用于混凝土泵車結構件的生產過程中[3，4]。

近幾年，堆焊材料行業發展很快，成立了很多堆焊藥芯焊絲企業，其中絕大部分為粗直徑（φ2.4～φ3.2mm）堆焊藥芯焊絲。因為粗直徑堆焊藥芯焊絲堆焊效率高，所以早在電廠磨煤輥、鋼廠軋輥、水泥行業輥壓機和立磨中獲得了大量應用[5]。

耐磨焊絲性能好壞直接決定了耐磨易損件的使用壽命。但是，在實際生產過程中，針對混凝土泵車堆焊完成的工件性能評定方法缺失，導致各公司焊絲選擇比較盲目，待市場反饋有問題之后再更換會造成大量損失。本文提供了一種耐磨焊絲性能評定方法，并根據此方法選擇了一款最優焊材。

2 試驗方案

目前，徐州徐工施維英機械有限公司公司在用焊材為某廠家提供的φ1.6mm氣保護藥芯耐磨焊絲，與φ2.8m m耐磨焊絲相比，由于其堆焊效率低、使用成本高，因此預備升級為φ2.8mm耐磨焊絲。為選擇適用于公司產品的焊絲，特組織了工藝評定試驗，邀請了業內知名焊絲廠家，最終采用8家共11款焊絲進行試驗，焊絲編號明細見表1。

表1 工藝評定用耐磨焊絲明細

本次試驗所有焊絲均由同一人在相同材質樣板上完成堆焊一層，堆焊層厚度3mm，保證所有焊絲在同一平臺、同一環境及相同影響因素下完成整個試驗過程。堆焊完成后取樣，并進行洛氏硬度測試、顯微金相及濕砂磨損試驗，各試驗指標及試驗過程如下。

（1）顯微金相 試樣鑲嵌后，按堆焊層→過渡層→顯微金相組織觀察，同步對比各款焊絲堆焊完成后的組織成分。

（2）洛氏硬度測試 按照GB/T 230.1—2009《金屬材料 洛氏硬度試驗方法》進行洛氏硬度試驗。試驗所需的試樣經線切割→銑面→精磨之后，進行洛氏硬度檢測，每個試樣選取三個不同位置，輸出每個位置的硬度值，并計算平均硬度，同步對比。

（3）濕砂磨損試驗 使用濕砂磨損試驗機，砂粒直徑0.1mm，加載力98N（10kg），試驗1000r/min，根據試驗前后的樣件重量來評估磨損損失量，從而進一步評估該焊絲堆焊層的耐沖擊性能。

3 試驗結果

3.1 顯微金相

各試樣堆焊層金相組織如圖1所示。金相分析結果見表2。

表2 堆焊層金相組織分析結果

圖1 堆焊層顯微金相結果（500×）

堆焊完成后的耐磨層，所獲得的理想金相組織是均勻的初生及共晶相碳化物+奧氏體基體組織，一旦析出碳化物不均勻甚至不能析出碳化物，而形成了枝狀晶，則將直接影響堆焊層的硬度及耐沖擊性能。而馬氏體的出現將使得晶粒粗大，雖然提高了堆焊層的硬度，但卻降低了耐沖擊性能。

由金相檢驗結果可以看出，8號焊材形成的堆焊層組織最理想；而6號焊材全部形成了馬氏體組織，其耐沖擊性能最差。

3.2 洛氏硬度測試

洛氏硬度測試結果見表3。

表3 堆焊層洛氏硬度測試結果 （HRC）

由表3可以看出，洛氏硬度值最高的為8號焊絲，最低的為9號焊絲。

試驗所得硬度值普遍低于焊絲本身的保證值，分析原因：一是焊接操作人員初次使用φ2.8mm藥芯焊絲及相應焊接設備，對φ2.8mm焊絲堆焊工藝不熟悉，導致合金燒損嚴重，從而影響了堆焊層硬度；二是由于堆焊層相對較薄，母材Q355B鋼對堆焊層的稀釋作用明顯，導致堆焊層表面的硬度值顯現較低。但由于試驗用所有焊絲均在同一平臺、同一環境及相同影響因素下完成，因此所得結果可以反映出各家焊絲的優劣情況。

3.3 濕砂磨損試驗

濕砂磨損試驗結果見表4。

表4 濕砂磨損試驗結果 （g）

由試驗數據可以看出，沖擊磨損量最少的為5號焊絲，最大的為2號焊絲。

組織決定性能，2號、3號兩款焊絲的金相組織中均出現了馬氏體組織，硬度雖然提高，但會降低其耐沖擊性能，因此其沖擊磨損量最大。而4號、5號、6號焊絲組織均勻，且為共晶碳化物+奧氏體組織，沒有出現馬氏體組織，因此其耐沖擊性能較佳。

為綜合評價試驗焊絲，針對已經排名的硬度值及沖擊磨損量值分別進行打分，第一名11分，第二名10分，依次類推，最后一名得1分，最終算出來各家得分見表5。

表5 綜合得分明細 （分）

綜合排名前三的分別為8號、4號、1號焊。

4 工程驗證

綜合考慮價格原因，最終選擇8號耐磨焊絲進行了小批量試用，并對產品在市場表現進行了跟蹤。跟蹤結果顯示，S管閥、裙閥、彎管等易損件壽命較原來延長約15%，且車間內的生產效率較原有生產方式提升約35%，耐磨焊絲使用成本下降20%，達到了預期效果。

5 結束語

本文通過在用堆焊耐磨焊絲升級項目為契機，確定了一種混凝土泵車耐磨堆焊焊絲工藝評定方法，并根據此方法篩選出了適用的耐磨焊絲。

混凝土泵車用耐磨堆焊焊絲工藝評定方法總結如下。

1） 顯微金相觀察堆焊層組織。

2） 洛氏硬度測試評價堆焊層硬度。

3） 濕砂磨損試驗評價抗沖擊性能。

最后，根據三個指標對堆焊結構性能影響的重要度進行打分，輸出綜合得分，綜合得分越高，針對此種工況下的焊絲使用性能越好。