新型馬氏體合金鑄鐵焊條的試驗與應用
洪 珊 莊孔嘉 歐陽承東

摘 要 新型馬氏體合金鑄鐵焊條應用于輸送機中部槽預強化、修補,可提高其壽命2~3倍以上,對焊條的工藝性、耐磨性進行了介紹。
關鍵詞 新型馬氏體合金鑄鐵焊條 耐磨性 刮板輸送機中部槽 堆焊
   新型馬氏體合金鑄鐵焊條系采用微量合金化和稀土改性技術研制的,它不同于傳統的亞共晶型馬氏體合金鑄鐵焊條,其顯微組織為過共晶型,合金系為Cr5Mn4 BTiRe。堆焊層具有高硬度(HRC64~66)和較好的韌性,使耐磨性得以提高,該焊條具有良好的堆焊工藝性,應用于制磚機鉸刀、刮板輸送機中部槽預強化、修補可提高其壽命2~3倍以上,而成本只有EDZCr-B-00高鉻鑄鐵焊條的1/2~2/3。具有較好的經濟效益。
1 堆焊工藝性試驗
  堆焊工藝性包括焊接電弧穩定性、焊層成形性、焊接位置適應性、脫渣性、飛濺度、熔敷率、發塵量及藥皮發紅程度等。本試驗采用綜合評價法,選瑞士6712焊條及國產EDZCr-B-00焊條為比較對象。試驗條件為:
焊機
空載電壓/V
焊條母材
焊條預熱溫度/℃
堆焊電流/A
電壓/V
400A直流弧焊
68
45#鋼
250
100~110
24~33

  堆焊工藝性試驗材料及結果比較見表1、表2。

表1 堆焊工藝性試驗材料

序號

牌號

藥皮類型

熔敷金屬

來源

1

6712

石墨型

高鉻鑄鐵

瑞士 Castolin

2

EDZCr-B-00

特殊型

高鉻鑄鐵

牡丹江市 耐磨材料廠

3

EDCrMn-A-03

鈦鈣型

馬氏體合金鑄鐵

新研制


表2 堆焊工藝性試驗結果比較

序號

電弧顏色

電弧穩定性

飛濺度

成形性

渣量

流動性

裂紋狀況

1

紫紅

穩定

較小

較好

未發現

2

黃綠

穩定

較好

較少

較差

少量裂紋

3

穩定

未發現

    EDCrMn-A-03堆焊條良好工藝性的原因在于合理的藥皮設計,藥皮類型為鈦鈣型,含TiO230%以上,碳酸鹽及硅酸鹽20%以下,造渣劑和造氣劑含量高,能在焊接時產生大量溶渣和氣體進行渣-氣聯合保護,因而隔絕空氣能力強,氧、氮雜質少。另外,摻入稀土硅鐵也具有強烈的脫氧造渣能力。
   試驗時,堆焊層共4層,每層焊完后進行清渣,待焊縫冷卻到100℃以下再焊下一層。由表2可以看出,序號3即新研制的EDCrMn-A-03馬氏體合金鑄鐵焊條,在電弧穩定性及渣量指標上與瑞士產6712焊條相當,飛濺度,成形性及流動性指標比其優越;裂紋傾向比EDZCr-B-00焊條小。試驗結果表明新型馬氏體合金鑄鐵焊條具有良好的堆焊綜合工藝性。
2 焊層耐磨性試驗
  在MLS-23型濕砂橡膠輪式磨損試驗機上進行三體磨料磨損試驗。試驗條件為:
磨料(石英砂)/目
載荷/N
水砂比
橡膠輪硬度/邵爾A
標樣50~70
89
1∶2
70
45#鋼(正火)
   低應力磨料磨損工況,耐磨性不僅取決于材料硬度,與韌性也有關。高鉻鑄鐵型堆焊層雖然很硬,但也呈脆性。在磨損中常呈現微斷裂剝落,甚至堆焊完尚未使用就出現許多發絲狀裂紋。EDCrMn-A-03焊條硬度(HRC64~66)適中,通過微量合金化(含Cr、Mn、Ti、B等合金元素)和稀土(Re)改性使晶粒細化,韌性提高而表現出良好的耐磨性。Cr形成合金碳化物和固溶強化;Mn提高基體強度和韌性;Ti細化晶粒,提高韌性;B形成合金碳硼化物提高硬度;Re顯著增加韌性,改善組織形態。這些對耐磨性都有益處。
  相對耐磨性Σ按下式計算,即

g31.gif (1566 bytes)

式中 ΔWo——標樣磨損失重;
   ΔWi——試件磨損失重。
  試件為瑞士6712、牡丹江EDZGr-B-00及新研制的EDCrMn-A-03焊層和45#鋼(正火),依次編為1、2、3、0號,每號試樣件數為4件。焊層耐磨性試驗結果如下:

1

2

3

0

ΔWi/g

0.0269

0.0200

0.0185

0.3026

11.25

15.13

16.3

1

   新研制的EDCrMn-A-03堆焊層相對耐磨性最高,是45#鋼(正火)標樣(0號)的16.3倍,超過瑞士6712、牡丹江EDZCr-B-00高鉻鑄鐵堆焊層。

3 焊條工業性試驗

3.1 制磚機鉸刀堆焊工業性試驗

試驗地點
試驗時間/月
試驗機型
牡丹江市郊青梅第一、二制磚廠
350型制磚機
   鉸刀因磨料磨損,原壽命很短,鉸水坯量不過100萬塊。試驗時,將EDCrMn-A-03馬氏合金鑄鐵焊條堆焊于鉸刀刃部,生產水坯200萬塊,停機檢驗,鉸刀固材與堆焊刃完好。繼而又生產200萬塊磚坯后檢查,堆焊面有少量磨損,但仍可繼續使用。試驗結果說明堆焊EDCrMn-A-03馬氏體合金鑄鐵焊條可提高鉸刀壽命3倍以上。現場試驗還表明:
  (1)新焊條堆焊工藝簡便,交直流焊機均可施焊;
  (2)可進行全位置焊接,焊渣少,飛濺小;
  (3)焊前可不預熱,焊后無裂紋。
3.2 刮板輸送機堆焊工業性試驗
  在阜新礦務局平安煤礦五井進行了為期40 d的試驗,試驗機型為SGW-40T刮板輸送機。
  該礦五井-300外四區采煤工作面長90 m,采高1.8 m,有夾石。在刮板輸送機中部槽堆焊EDCrMn-A-03馬氏體合金鑄鐵焊條,各端部鏈道上堆焊2塊,尺寸為60 mm×40 mm×3 mm,成本約1.5元。同時進行比較試驗的有Fe-05焊塊,成本為3.2元。試驗40 d后,停機檢查,未堆焊中部槽磨深達4 mm,堆焊Fe-05焊塊磨深1.3 mm,而堆焊EDCrMn-A-03馬氏體合金鑄鐵焊條焊塊僅有輕微磨損。試驗結果表明新型馬氏體合金鑄鐵焊條能夠大大提高刮板輸送機中部槽的使用壽命。
4 經濟效益與社會效益
  磨料磨損是礦山、冶金、建材等工業部門最普遍的材料失效形式之一,據80年代的統計,上述部門每年因制造備件而耗費的鋼材高達百萬噸,耗費資金數十億元。以煤炭工業所用刮板輸送機為例,每年因中部槽磨損造成的經濟損失就達1億元。如果廣泛推廣使用新型馬氏體合金鑄鐵焊條,將會提高中部槽的使用壽命2~3倍,既可節約配件費,大修費也會下降;每年將使新增中部槽減少并在工作面搬家時中部槽不必上井,直接安裝在新工作面上,可縮短搬家時間2~3 d,新型焊條所用原料均為我國富有資源,故成本較低,是提高刮板輸送機中部槽的耐磨性較為理想的焊條。
作者簡介 洪 珊 1954年生,工程師,1988年畢業于北京廣播電視大學,一直從事技術及管理工作,曾發表論文2篇。地址:北京市和平里,郵碼:100013。
作者單位:洪 珊 煤炭科學研究總院
     莊孔嘉 北京市地方煤炭總公司
     歐陽承東 中國礦業大學(北京校區)

 

 

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