一种用于电机筒防腐蚀的焊接工艺方法

一种用于电机筒防腐蚀的焊接工艺方法

杨方超

西安煤矿机械有限公司 陕西西安 710200

 摘要：采煤机在井下长时间工作，电机产生的热量通过电机筒内壁开槽通冷却水的方式进行降温，电机冷却水与传动腔润滑油之间需进行间隔密封，传统密封方式采用单的O型圈进行密封，为提升密封效果，研究在O型圈密封端面堆焊一层不锈钢层，既保证了密封性，又提升了耐腐蚀性。

关键词：采煤机、不锈钢、密封、防腐

技术背景：

采煤机在井下长时间工作，电机系统产生大量的热需进行持续性冷却降温，为了提高冷却效率，采用摇臂电机筒包裹电机系统，在筒壁开槽注冷却水，达到快速降温。冷缺水流经区域由筒壁的近表面密封端和筒壁根部密封端构成，如何选择合适的方式和方法进行防腐和密封，综合经济性和再制造技术水平，近表面密封端采用O型圈密封，根部采用不锈钢层加O型圈防腐密封，不锈钢层满足一定的强度要求，具有耐腐蚀性，有良好的焊接性、加工性。 

研究内容：

要求在电机筒底部焊接宽度55mm、厚度6.3mm厚的不锈钢层。

1、 不锈钢层的生产方式；

综合国内外先进技术，表面堆焊的方式较多，分为三种1.激光熔覆焊堆焊，2.钨极氩弧焊，3.焊丝熔化焊，较理想的激光熔覆焊也受空间限制无法焊接。后两种方法对比，钨极氩弧焊在密闭受限空间内操作难度非常大，相比较而言焊丝熔化焊难度有所降低，但也需要有经验的焊工，持证进行焊接作业，方可保证焊接质量。

2、 基材的焊接工艺性分析

2.1、C0N04660301、C0N04670303摇臂为铸件，材质为ZG25MnF8（调质）为我公司自主研发材料：

1）ZG25MnF8力学性能与化学成分

2）计算ZG25MnF8材料的碳当量为0.61-0.81之间：

焊接性：焊接时需要考虑裂纹、脆化和过渡变形等问题。焊后处理时控制效温度防止再热裂纹的产生。

预热：预热温度：250-300℃；层间温度：200-300℃；

后热：消除应力退火温度 500℃，随炉冷却至 250℃后出炉空冷

3、 不锈钢层选材及焊接工艺分析；

在选择不锈钢焊材时，满足耐腐蚀要求，也要考虑到F8材料碳当量高，冷裂纹、脆化等问题，我们采取焊接裂纹敏感性相对较低、熔敷金属塑性、韧性相对较高的奥氏体不锈钢ER308L，φ1.2mm焊丝进行本次焊接试验，焊丝化学成分（表5）和熔敷金属力学性能如下。

焊丝化学成分（%）

熔敷金属力学性能

由于堆焊过程中不仅堆焊材料发生熔化，母材表面也发生不同程度的熔化，基材中的S元素会引起奥氏体不锈钢热裂纹敏感性，Mn元素含量的提高，可适当改善，低的焊接线能量，小电流焊接。

焊后去应力退火温度避免在450-850℃的停留时间，避免产生晶间腐蚀。

4、 不锈钢焊接工艺试验

1）焊接气体选择纯Ar+2%He，熔覆率高，飞溅小，电弧稳定性，熔池保护性好。少量He加入可避免基材预热，同时满足不锈钢焊材不需预热要求。

2）根据经验制定PWPS焊接规程，以作业指导书形式指导焊接试验

3）试块加工160*80*厚30mm，堆焊6.3mm的不锈钢层，焊接过程一共焊3层，保证焊后加工后高度满足要求，焊接参数：电流I=240-260A，电压U=26-28V保护气98%Ar+2%He混合气，气体流量20-25L/min，电弧长度4-6mm。

5、 焊后检验

1）焊后表面加工后硬度试验，试块平均硬度267HB， 壳体硬度240-280HB，与壳体硬度相当。

2）

磁粉探伤表面无缺陷，母材、熔合区及堆焊层边界清晰，熔合区宽1.7mm-2.3mm，未发现未熔合、裂纹、夹渣等焊接缺陷。

3）晶间腐蚀试验

采用10%草酸（H2C204*2H20）浸湿，电流密度1A/cm2，浸湿时间1.5min，至于250-500倍显微镜下观测（GB/T4334-2008A）。试验尺寸：25*25*5mm，截面表面抛光。试样判定：双重结构，除台阶外，晶粒边界有一些沟槽，但无晶粒完全被包围，检测结果合格。

总结：

不锈钢堆焊层硬度与基体硬度接近，磁粉表面探伤无缺陷，内部金相组织分析无缺陷，晶间腐蚀试验也符合要求，具备在ZG25MnF8材料上堆焊不锈钢ER308L焊材的工艺方法。

参考文献：

[1］王治宇，许海刚，吴玮巍，等．2205双相不锈钢的激光﹣MIG复合焊接头性能［J]，焊接学报，2011,32(2):109-112,122.

[2］杜兵，孙凤莲，徐玉君，等，焊接方法对超低碳马氏体不锈钢焊丝熔敷金属冲击韧性的影响［J]．焊接学报，2014,35(8):1-4.