495HR电铲铲杆断裂修复工艺

摘 要：495HR电铲是哈尔乌素露天煤矿的主采设备。随着使用年限的增加，设备必然因老化突发故障增多，而大型焊接结构件在这方面尤其突出。当突发大的故障时，如何快速、有效的修复故障，保证主采设备的可动率，是摆在技术人员面前的一道难题。本文认真分析了495HR电铲铲杆断裂的原因，并針对修复的难点，重点论述了修复工艺的选择和管理，确保检修质量。

关键词：铲杆;断裂;对中定位;热处理

Abstract： 495HR electric shovel is the main equipment of the Harusu Lutian coal mine. With the increase of the service life， the equipment will inevitably increase due to aging failure， and large welding structures are particularly prominent in this area. How to repair the fault quickly and effectively and ensure the movable rate of the main equipment is a difficult problem in front of the technicians. In this paper， the causes of the 495HR shovel rod fracture are analyzed， and the choice and management of the repair process are discussed in detail to ensure the quality of maintenance.

Key words： forklift; Fracture; Medium positioning; heat treatment

0  前言

495HR电铲的挖掘系统主要由大臂、铲杆、扶柄、天轮及铲斗几个大型结构件相互联接组成。其中铲杆的一端为圆柱体，另一端由上下盖板及两侧板构成的箱体结构，俗称“飞机头”。扶柄被安装在电铲大臂的中部，扶柄套在铲杆上，进行一定角度的摆动，配合铲杆进行工作。

1  断裂原因分析

电铲铲杆在作业过程中，铲杆不仅仅要承受铲斗空载或满载时的重力，还需要承受工作时的动载作用。随着电铲铲斗起落时不同角度的运动，使铲杆的受力大小发生往复变化，导致铲杆自身在交变外力的作用下产生内部碎裂纹或外部碎裂纹。当裂纹未被及时发现、处理，随着设备运行时间的增加，裂纹在交变外力作用下不断延伸拓展，最终导致铲杆断裂。

2  焊前准备

考虑到电铲铲杆前端“飞机头”部位存在较多的碎裂纹和较大裂纹，“飞机头”部位已经经历过多次反复的裂纹补焊处理，箱体结构及内部筋板的材质已经变性，力学性能大幅下降，不具修复价值，故采取更换新“飞机头”与铲杆圆柱体进行对接、焊接的方法。

2.1确定铲杆尺寸

通过测量新“飞机头”的尺寸及断裂铲杆圆柱体尺寸，确保对接后新铲杆的尺寸与原铲杆总长保持一致，并进行定点划线。（具体尺寸：铲杆全长14.3m，铲杆有效长度10.9m ）。

2.2制作铲杆支座2个

作用：支撑铲杆;使铲杆便于翻转到容易焊接的位置（图1 ）。

2.3铲杆断裂层处理

采用碳弧气刨的方法清理断裂层，并在定点线处制作“V”形坡口，确保新“飞机头”与铲杆圆柱体对接后，便于焊透。利用角向磨光机、直磨机等工具对打磨坡口，移除坡口的铁锈、油漆、油脂及其他污物，对坡口进行着色探伤。

2.4铲杆圆柱体与“飞机头”的对接

2.4.1加工衬套

衬套的作用：为了精确找中定位，减少焊接变形，提高焊接精度（图2）。

2.4.2坡口对接尺寸

坡口根部距离为5mm。

3  修复工艺

3.1 焊丝

通过对材质分析及强度要求选用进口Hobart TM-771焊丝。

3.2焊前预热

合理的选择焊前预热温度、焊后保温温度是进行大型结构件焊接时的重要工艺步骤。根据铲杆材质及板材厚度计算出预热最低温度为206℃。

使用米勒焊缝加热机ProHeat-35加热焊缝区域，从室温开始，温度以100℃/h的速度进行加热，加热2小时，再以约等于50℃/h的速度进行加热，达到206-300℃范围内。

3.3焊接设备及焊接参数

铲杆在电铲提升系统中有非常重要的作用，因此必须采取严格的焊接工艺并形成优质焊缝。根据BE国际公司提供的焊接基本要求，结合焊修大型设备结构件所积累的焊接工艺参数，采用最有效的焊接工艺，焊接过程中必须采取严格的控制措施防止变形，使焊缝应力分布均匀，焊前预热，焊后焊缝热处理，谋求最好的焊接质量。

使用Lincoln DC-600焊机及配套移动送丝机，纯度为100%CO2气体保护，相关焊接参数见下表。

3.4焊接方法

针对铲杆的焊接应力控制措施，由于需要满足铲杆圆柱体与“飞机头”必须同心旋转，根据作业现场检修条件和部分检修方案，再借鉴多年来焊修电铲大型结构件的控制盈利变形方法以及焊修经验，固采用了钟点固定控制应力变形。以铲杆轴心为中心点，再根据焊缝区域360°划分十二个钟点位置进行对称焊缝焊接，防止铲杆因裂纹清理或焊缝焊接过程中受焊缝形成应力的作用发生变形、变位。由于铲杆壁较厚焊缝较深，铲杆的焊缝区域会发生应力扭曲变形或过度应力集中，影响焊接质量。因此将铲杆以90°为标准分成四个焊接部分。（图3）

为防止铲杆焊接时产生焊接变形故采用如下焊接方法及焊接顺序：

焊接方法：CO2气体保护焊焊接，平焊和立焊为主，采用由两侧往里堆焊至合的多层多道堆焊焊接法。

焊接顺序：

①先同时焊接3点及9点钟位置（A、C部分）焊接约三分之一，再旋转更换B、D部分位置至3点及9点钟方向同时焊接B、D位置，焊接之前彻底清理A、C部分已形成的焊缝接头，确保接头无缺陷。

②采用超厚度钢结构件的堆焊焊接方法，由两侧往里堆焊至合的多层多道堆焊焊接方法，形成每道焊缝后必采取风动风动锤击除药皮等杂物，同时释放焊接应力。层与层之间的起弧点不能固定在同一位置，应采取逐点上移的方式以避免避免焊接接头集中产生焊接裂纹。

③同样方式焊接至完毕，全程使用Raytek Rayger STTM60测温仪监控温度变化，确保焊接过程中的焊缝区层间温度变化控制在206℃—300℃之间，若有温度低于206℃，采取丙烷火焰预热措施确保焊缝达到温度要求。严格控制焊缝形成过程中的热输入线能量。

4  焊后处理

焊后加热到300℃，并保温2小时，然后使用石棉毯包住焊缝区域，缓慢空冷至室温。焊缝空冷后所有焊缝和热影响区域金属表面打磨光滑并抛光，采用超声波和磁粉无损探伤，确保焊缝无气孔、夹渣、裂纹等焊接缺陷。

5  安全注意事项

1.把检修区域内的易燃、易爆物质，必须清除干净，不能清除的应该采取可靠的隔离措施。

2.在超过1.5米的高空作业时，必须佩戴安全帶，并设有专人监护。登高设备必须牢固稳定。

3.丙炔瓶与明火一般不小于10米。

4.使用角磨机前，应先检查角磨片是否有裂纹及磨损情况;其次检查防护罩是否完好，不完好不得使用。

5.焊后保温要全程有专人值守，防止引起火灾。

6  结束语

495HR电铲铲杆更换“飞机头”后投入生产至今，经跟踪探伤，焊缝没有出现任何裂纹。说明本次焊接检修工艺科学合理。为我们对495HR电铲铲杆等大型结构件的焊接维修积累宝贵的经验，同时给同行业提供了宝贵的维修经验。

参考文献：

[1]《495HR Operator Manual CHN FINAL-1》 495HR电铲相关资料 .

[2]《Consumables for the welding of Weldox  and Hardox steels ZH_CN》焊接资料.

[3]焦瑞军，布特格勒其.改造495HR电铲铲斗开门斗栓方销插孔及焊接工艺[J].露天采矿技术，2012，（5）：56—57.

[4]董新.495HR电铲斗杆飞机头结构改进及焊接工艺[J].露天采矿技术，2016，（11）：66-69.

[5]焦瑞军，董新.495HR电铲斗前臂纵向裂纹的焊接检修工艺[J].露天采矿技术，2010，（10）：55—56.

[6]刘守纪，布特格勒其.更换495HR电铲铲斗前串销座及焊接工艺[J].露天采矿技术，2013，（3）：57-58.

[7]董新.395B电铲铲斗结构改造工艺分析与设计[J].露天采矿技术，2011，（5）：68-70.

[8]董新.395B电铲斗杆断裂分析及修复工艺[J].工程机械，2009，（1）：66-68.

作者简介：

付东岩 ，男，32岁，内蒙古自治区赤峰市翁牛特旗人，2010年毕业于内蒙古机电职业技术学院焊接技术及自动化专业，现就职于神华准能集团设备维修中心机修车间，从事焊接工作。

（神华准格尔能源有限责任公司  内蒙古  鄂尔多斯  010300）