生产工艺对矿用圆环链质量的影响

杨文广 张晓军

（山西晋煤集团成庄矿，山西 晋城 048021）

矿用高强度圆环链是刮板输送机上的牵引用链条，其质量和性能优劣将直接影响刮板输送机的正常运转，进而影响到煤矿安全生产进度。所以，国内外各煤炭企业对矿用高强度圆环链的质量及综合性能要求很高，如何生产出优质的矿用高强度圆环链就成为了各制链企业的重要研究课题。

矿用高强度圆环链的主要制造工序为：下料→编链→闪光对焊→一次拉伸→热处理→二次拉伸→抛丸→测长配对→浸漆→成品入库。在整个生产过程中，各生产工序环环相扣，任何一道工序的短板都有可能影响到矿用高强度圆环链的成品质量与性能。本文通过对矿用高强度圆环链的生产工序逐个进行解析，分析各工序不同工艺对圆环链产品质量的影响。

1 矿用高强度圆环链质量要求

国标及欧标对矿用高强度圆环链的质量及性能要求主要包括三方面，即表面质量、工艺尺寸与力学性能。

1.1 表面质量与工艺尺寸

国标及欧标要求链环表面不能有目视可见的夹渣、烧伤、裂纹、凹陷等质量缺陷，同时要求主要尺寸如节距、内宽、外宽、直径等必须满足标准尺寸。

1.2 力学性能

首先，为满足矿用高强度圆环链强度要求，高品质矿用高强度圆环链其破断负荷必须大于等于标准规定的破断负荷值；其次，为防止矿用高强度圆环链在使用过程中过早出现塑性变形影响使用，标准要求矿用高强度圆环链在试验负荷下，试验延伸率≤1.6%。矿用高强度圆环链在使用过程中经过链轮、溜槽接口时会受到多次小能量疲劳冲击、振动，有可能造成疲劳破断；矿用高强度圆环链在使用过程中遭遇骤然制动或卡拌时会承受较大的冲击负荷。所以高品质矿用高强度圆环链除应满足高强度要求外，还应满足较高的韧性及抗疲劳冲击性能。矿用高强度圆环链拉伸破断时，其破断伸长率必须≥12%。

2 影响圆环链表面质量及主要力学性能的工序

2.1 编链

当前矿用高强度圆环链的编链工艺可分为冷态编链与热态编链。冷态编链因不需对棒料进行加热，在将棒料威弯成链环过程中会产生较大的威弯抗力，过大的威弯抗力易损坏芯模等编链设备工装，因而冷态编链常用于生产Φ22mm 以下小规格链条。生产Φ26mm 以上大规格矿用圆环链普遍采用热态编链工艺，即需要在编链前将棒料加热到一定温度，以减小棒料编链过程中的威弯抗力。但热态编链对棒料进行加热的温度须控制在Ac3 奥氏体化温度之下，以免编后链环组织发生相变，影响后续闪光对焊工艺。无论是冷态编链还是热态编链，编链时棒料在编链机工装模具作用下，都会产生一定拉伸变形，且肩部变形最大。棒料被编成链环后，链环肩部由于拉伸变形直径相应变小，其可以承受的最大破断负荷也会随之减小，该影响因素在热态编链生产Φ42mm 及以上大规格矿用圆环链时尤为明显。因而在生产大规格矿用圆环链时，对编链工序的温度控制非常重要，温度过低难以达到减小威弯抗力的作用，温度过高除组织易发生相变外链环肩部高温变形大，径缩现象更为明显。此外，编链过程中链环与编链机工装模具触碰产生的物理损伤及目视可见的凹陷，在影响其表面质量的同时也会导致链环疲劳强度下降。

编链时除棒料加热温度外，工艺尺寸对最终产品的性能也会产生重要影响。编后链环节距过大，会使焊接完成后链环节距与成品标准节距相差偏小，拉伸校正量会随之减少。而拉伸校正量不足会伴随产生链环拉伸强化不足，最终结果为圆环链试验负荷伸长率超标，在链条使用中易出现强度“偏软”的问题。反之，编链后链环节距过小，易使圆环链在拉伸校正时出现拉伸负荷及拉伸校正形变过大，链条直臂内凹，此时链条虽拉伸及破断负荷较高，但形变过大的同时微观组织位错量增多以及成品链条内应力迅速增大，产品的冲击韧性及使用寿命大幅降低，最终产品质量同样不合格。

2.2 闪光对焊

闪光对焊是整个圆环链生产过程中最关键的工序，焊接质量的好坏直接决定了圆环链的性能。矿用圆环链普遍采用预热闪光对焊，圆环链焊接工艺的科学选择与调整除需满足焊接端面有较好的熔融温度外，链环端面与周围热影响区的温度梯度同样对焊接质量有较大影响。采用预热闪光对焊时，通过对应材质、链环规格选择科学的焊接电流、接触/返回时间、预热闪光次数、连续闪光烧化量等焊接工艺参数可使链环焊接端面与热影响区同时达到预期温度范围，再配合调整适当的顶锻速度与顶锻量，即可得到链环理想的焊接质量。否则易导致：（1）焊接端面温度过高，热影响区温度过高，焊后链环焊接端面及热影响区高温变形容易，易致使焊接端面顶锻强度不够，达不到锻造的目的。此外，高温焊接端面极易形成粗大的魏氏组织，即使经后续热处理仍不能完全消除，为产品质量留下隐患；（2）焊接端面温度高，热影响区温度低。焊接端面与热影响区温度梯度偏大，一方面会产生较大的焊接应力，焊后热处理前的一次拉伸校正时链环易在热影响区附近发生断裂；另一方面会加速焊接端面向热影响区温度传导，加快焊接端面降温，焊后端面易形成贝氏组织，而不易形成较为理想的索氏体组织；（3）焊接端面温度底，热影响区温度低。此时无法形成很好的焊接熔融面，焊后顶锻会使原本极少量的塑性组织被挤出，致使俩焊接端面形成低温刚性接触，焊接质量较低。

2.3 热处理

2.3.1 淬火

当前矿用高强度圆环链热处理工序普遍采用连续式中频感应加热方式。相较于传统热传导热辐射加热方式，使用中频感应加热，热处理工件的升温速度及冷却速度更快，容易形成更细致均匀的微观组织。然而，利用中频感应原理对工件进行热处理时，链环在加热过程中存在电磁感应的趋肤效应以及链环肩部存在电磁感应的退磁性和临近效应[1]，会使同一链环不同部位的加热速度及最终淬火温度存在较大差异。为了保证圆环链的淬火质量，当采用中频感应热处理时其表面不同部位淬火温度较传统热处理高于Ac3 温度，且同一链环肩部温度会高于直臂温度约60~90℃。有研究表明当链环顶部加热温度达到970~990℃时，可获得最佳强韧性配合，淬火态组织为板条马氏体组织，晶粒度级别为10级左右[2]。所以在淬火阶段，表面温度的控制至关重要。

2.3.2 回火

圆环链回火阶段，如果回火温度过低，则淬火组织转变效果不明显，同时淬火应力难以消除,链环焊接处如存在缺陷还易产生应力集中使其在使用早期发生焊口断裂现象。同时回火温度低对应链环的整体硬度会偏高,链环的直臂外侧与输送机的中板摩擦易产生裂纹,在煤矿井下腐蚀环境中，极易产生应力腐蚀或腐蚀疲劳断裂。圆环链硬度偏高的同时韧性会大幅降低，同样不利于产品质量。如回火温度过高则链环的强度达不到标准要求。圆环链在使用中容易发生塑性伸长变形，且链环整体硬度偏低, 也易使链环肩部内侧相互铰接处及肩部外侧与链轮接触处抗磨损强度降低，影响产品使用寿命。

2.4 拉伸校正

现在的矿用高强度圆环链在生产过程中普遍进行两次拉伸校正作业，第一次拉伸校正是在圆环链焊接完成后，第二次拉伸是在热处理完成后。所以通过调整两次拉伸校正的拉伸量，可以对形变强化的程度进行控制，通过与热处理工艺的配合，就能达到合格的实验负荷伸长率。二次拉伸链条拉伸负荷不足，实验伸长率超标，此时可以降低一次拉伸的拉伸量，提高二次拉伸的拉伸量，从而提高链条拉伸负荷，达到降低链条实验伸长率的目的。

2.5 抛丸

在矿用高强度圆环链生产过程中，抛丸不只用于去除氧化皮，还是一种表面强化工艺。对圆环链进行抛丸可以提高链环的表面残余压应力，表面压应力的存在可以防止裂纹在受压的链环表层萌生和扩展，延缓链条出现疲劳断裂的情况，可显著提高链条的疲劳强度。

3 结语

矿用高强度圆环链各生产工序都可能对最终的产品质量及力学性能造成影响，有的可以造成表面缺陷，有的可以降低力学性能，有的工序还可以对产品性能产生极大地提升，所以发掘出每个工序对圆环链产品的影响，对提高圆环链产品质量及性能有着很重要的意义。