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永濟市中安機械設備有限公司
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高強度材料在無軌膠輪車上的應用

點擊率:2805 添加日期:2012-03-27

    隨著煤礦生產向高產高效發展,井下輔助運輸機械也在向輕便和運行可靠的方向發展。無軌膠輪車是新型高效井下輔助運輸機械,具有運輸效率高、快速靈活、省時省工、安全性高和運行成本低等特點,應用前景廣闊。在英國、美國、澳大利亞等國家無軌膠輪車已有20多年的歷史,并已被大量使用,取得了令人矚目的成效。我國目前尚無定型產品。為此,在消化澳大利亞Truk4和Pet6客貨兩用車的基礎上,結合國內使用情況,進行了FKH6井下防爆低污染中型客貨兩用膠輪車的研制,以加速實現我國煤礦輔助運輸現代化,縮小同世界先進水平的差距。
  FKH6井下防爆低污染中型客貨兩用膠輪車主要由防爆發動機裝置及進排氣和電器防爆系統、液力傳動裝置、駕駛操縱裝置、鉸接式機架、客貨兩用車廂、液壓氣動系統等部件組成。其中,機架是該車的重要承載結構件,分前后機架兩部分,均采用高強度鋼板焊接式結構。前后機架通過鉸接轉盤鉸接。機架主要用于安裝動力、傳動、行走操縱等部件和承載物料,受力狀況比較復雜。因此,其結構性能的優劣對整車的使用性能與壽命都有著直接的關系。為了保證膠輪車的整體使用性能和運輸效率,要求機架在具有較高的強度、剛度和可靠的承載能力下,盡可能降低自身重量,以提高其載重量,降低成本,獲得較高的經濟效益。為此,我們選用英國特雷克斯EEMS系列1008、10083和10072高強度鋼板作為無軌膠輪車機架用材,對其使用的技術途徑進行了探索。
    1 高強度鋼板介紹
  近年來,隨著設備的大型化發展,世界各國都在加強研制高強度鋼板,開發加工性能好、使用性能優良且成本低的低合金鋼,例如硼鋼、錳鋼、高硅鋼等,并采用先進的冶金技術、鋼材軋制工藝和熱處理工藝來提高鋼材的冶金質量、強度和強韌性。對高強度鋼板來說,不管用于結構件還是用于耐磨件,大多需要焊接。因此,提高材料的強度,改善材料的韌性和焊接性,已成為低合金高強度鋼發展的世界性趨勢,其應用范圍也日益廣泛。例如工程機械、礦業設備等均已廣泛采用此類材料。下面重點分析有代表性的EEMS10072鋼板的機械和焊接性能。
    1.1 EEMS10072鋼板的化學成分和機械性能
  EEMS10072鋼是英國特雷克斯公司的一種經調質處理的低碳錳硼鋼,采用控制軋制溫度之后可以得到最好的綜合性能。經熱軋、淬火(水淬)和高于430℃的回火處理,具有較高的強度和塑性,尤其是具有較高的低溫韌性,且有良好的延展性和成形性,故已被廣泛應用于工程機械大型自卸式礦車上,使其具有可靠性高、疲勞壽命長的特點。
   1.2 EEMS10072鋼焊接性能分析
  不同板厚EEMS10072鋼板的碳當量,可依據國際焊接學會推薦的碳當量計算公式算出(參見表3):
  碳當量ω(Ceq)值愈高,鋼材淬硬傾向愈大,冷裂敏感性也愈大。當ω(Ceq)>0.45%~0.55%時,焊接就容易產生冷裂紋。由表3可見,當板材較薄(δ<12mm)時,可焊性良好;而對于δ≥12mm的板材,為避免產生裂紋應進行焊前預熱及焊后技術處理。
    2 高強度鋼板的焊接方法、材料和設備
    2.1 焊接方法和材料
  焊接方法為藥芯焊絲CO2電弧焊。
    焊接材料采用美國林肯(Lincoln)公司Outershield71M(?1.2)和Outershield70(φ2.4)藥芯焊絲。前者用于定位焊和小焊道(δ≤10mm)的焊接。這兩種藥芯焊絲均為既可獲得高強度,又可獲得良好沖擊韌性的低氫系列藥芯焊絲,具有焊接質量好、飛濺少、脫渣容易、成形美觀和焊接效率高的特點,已廣泛應用于各種低碳鋼和低合金鋼的焊接工程中。
    2.2 焊接設備
  采用美國林肯(Lincoln)公司的DC-400、DC-600電源、LN-9送絲機、焊槍和保護氣體裝置。
    3 焊接工藝的制定
  為保證結構件的最終質量和結構性能,在制定焊接工藝時,應采取以下主要措施:
  (1)預熱。焊前預熱能減緩焊接接頭的冷卻速度,防止淬硬組織的生,減少冷裂傾向。但主要問題是如何根據鋼的化學成分、材料的厚度及連接的約束程度來選擇合理的預熱溫度和最低層間溫度。通過試驗得出:對板厚為12mm以下的鋼板可不進行預熱,板厚為12~16mm的鋼板預熱溫度為(100±10)℃,大于16mm的鋼板預熱溫度定為(200±10)℃為宜。
  (2)后熱。對板厚為12mm和大于12mm的零件,為避免在多層焊縫中產生橫向裂紋,同時也為防止由于焊前預熱不足而引起的裂紋,焊接結束后,應立即進行加溫回火去應力處理,以消除焊縫與母材連接間的焊接應力。回火溫度應保持在350℃左右。
  (3)直流反接法。為增大熔深,避免熔合區缺陷,電源采用直流電反極性接法。
  (4)焊接參數。焊接參數的選用見表6。
    4 施 焊
  (1)用氧乙炔焰對δ≥12mm的厚板連接焊道及附近進行預熱,并用測溫筆進行測量,保證預熱溫度要求;
  (2)焊接應連續進行,中途不能停止,以保證層間溫度高于預熱溫度;
  (3)應采用焊接工裝,如用工藝軸來保證結構件孔間的同軸度、平行度等技術要求,并采用多道工藝拉筋控制變形;
  (4)焊接過程中,隨時檢查各個方向的尺寸,做到及時控制和校正變形;
  (5)每層(道)焊后要徹底清渣,發現任何缺陷應及時采用砂輪機清除,進行補焊,補焊時仍采取前述預熱措施;
  (6)焊后立即對δ≥12mm的厚板連接焊道及附近加熱到350℃進行回火去應力處理,并緩冷至室溫;
  (7)完成焊接24h后,拆除工藝軸、工藝拉筋,自然時效后再進行機加工,以利于應力釋放。
    5 探傷檢驗
  前、后機架焊接完放置48h后,經采用CTS-26型超聲波探測儀,按CB/T3559-93標準進行超聲波探傷,證明焊縫合格;經磁粉探傷,未發現焊縫有缺陷。
    6 結 論
  經無損探傷檢驗和出廠驗收檢驗證明:
  (1)高強度鋼板EEMS10072具有較高的強度、良好的焊接性、壓延性和良好的沖擊韌性,尤其是具有較好的低溫韌性。所以,該種鋼板用于井下無軌膠輪車機架是可行的,達到了預期的設計要求。
  (2)采用藥芯焊絲CO2電弧焊,一是成本低;二是可以提高焊接質,成形美觀,避免出現氣孔、夾渣等缺陷;三是提高工效,使預熱、焊接、后熱處理能一次完成。


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