495HR电铲门闩断裂的焊接修复

神华准格尔能源有限责任公司 （内蒙古鄂尔多斯 010300） 初保泽 杜甫东

1.问题的提出

BUCYRS 495HR电铲（见图1）是美国比塞洛斯公司生产的黑岱沟露天煤矿主要的采剥设备，电铲的斗容为60.4m3。近年来由于煤矿开采量的不断上升，各种矿用设备都在超负荷运转，单位一台495HR电铲由于连续工作一个星期，致使铲斗门闩（与铲斗支撑臂连接的部分）断裂，无法正常工作，所以铲斗门闩的焊接修复工作已经迫在眉睫。

图1

图2为一台495HR电铲，因铲斗门闩破裂，严重影响单位煤碳的开采量，致使采掘工作无法正常进行。

经分析该铲斗的材料是低合金高强钢Q345，门闩的材料是铸钢。如果要修复断裂的门闩，需要把铸钢断裂片焊接到低合金高强钢铲斗上，属两种异种材料的焊接，而且在焊接过程中容易产生裂纹，有一定的困难。我们分析了铸钢与低合金高强钢两种材料的焊接性，并选用了合适的焊接工艺，收到了满意的修复效果。

图2

2.铲斗门闩材料及其焊接性分析

495HR电铲支撑架材料是低合金高强钢Q345，该材料焊接性良好，化学成分和力学性能如表1、表2所示。

表1 Q345化学成分（质量分数） （%）

表2 Q345力学性能

铲斗门闩材料选用铸钢，如选用ZG230—450，虽然焊接性良好，但强度差，不能用作受力较大的机件；如选用铸钢ZG270—500，虽有较高强度和良好的塑性，但焊接性较差，易出现硬化、热裂、冷裂等缺陷。因此在焊接过程中，采用适当焊接方法及工艺措施，就能够避免上述缺陷，我们对其焊接性及焊接工艺进行了研究。其化学成分和力学性能如表3、表4所示。

表3 铸钢ZG270—500化学成分（质量分数） （%）

表4 铸钢ZG270—500力学性能

铸钢ZG27—500焊接时，出现热裂纹的原因：一是大电流、快速焊；二是硫、磷含量高，焊接时母材中的硫、磷熔进到熔敷金属，如使用CO2气体保护焊，打底焊采用小电流，焊丝采用JM—56实芯焊丝，其熔敷金属力学性能和化学成分如表5、表6所示。该焊丝含锰量高，锰在高温时容易和硫结合，生成高熔点硫化锰，就能有效防止热裂。

表5 JM—56实芯焊丝化学成分（质量分数） （%）

表6 JM—56实芯焊丝熔敷金属力学性能

经过分析，在修复过程中采用 CO2气体保护焊，有以下几个优点：①比电弧焊效率高2～3倍。②含氢量比低氢焊还低，抗裂性更好。

3.焊接方法及工艺

（1）清理及准备 ①首先使用碳弧气刨切除铲斗门闩上的棱角，然后用角磨机把气刨切掉后的切面打磨干净，不得存有泥垢、铁锈。补焊前对需要补焊的部位进行充分预热，预热温度一般控制在250℃。预热采用加热板进行预热，预热温度为230～250℃。②进行整体补焊，选用TM—771S283319—K02，φ1.6mm焊丝，CO2作为保护焊气体对门闩进行施焊。

（2）焊接过程 由于门闩损毁严重，补焊量较大，所以在补焊过程中采用层层堆焊的焊接工艺，在焊接过程中确保无夹杂等焊接缺陷的产生，根据门闩片和断裂部分裂纹走向确定堆焊层数。补焊过程不能间断，要一次完成，补焊后保温温度控制在280～300℃，用石棉布包住使其缓慢冷却，以降低补焊表面硬度。补焊完毕后，用一台焊机打底焊接，焊接完毕后立即用风敲、风动扁铲等工具敲击焊接部位，以释放焊缝处焊接应力，清除药皮等焊缝间杂物。检测焊缝是否发生裂纹，如有则去除缺陷，重新焊接。

打底焊接后，使用两台焊机在焊缝的两边同时堆第二层。每焊完一道，都要立即进行焊缝敲击。全部焊完后，利用角磨机打磨焊缝，去除焊瘤等缺陷，使焊接应力得到均匀释放，避免产生延迟裂纹。焊接完毕后铲斗门闩如图3所示。

图3

4.结语

铲斗门闩用此方法修复后，投入使用数月，经过无损检测，未发现裂纹，满足了设备的工作要求。我们利用此方案处理了三个类似的问题。

实践说明此方案操作简便，快捷有效， 加工费用大大降低，同时提高了设备的出动率，延长了矿山设备的使用寿命，间接地给矿上带来了一定的经济效益。