任聿立， 樊潤君

（西安煤礦機(jī)械有限公司，西安710032）

0 引言

行星架安裝于采煤機(jī)搖臂行星頭處，根據(jù)采煤機(jī)的大小，又分為一級減速行星機(jī)構(gòu)和二級減速行星機(jī)構(gòu)。由于搖臂行星頭部位受力特點為低速重載，且在割煤過程中承受較大的扭矩和沖擊載荷，因此需要行星架具有較高的強(qiáng)度和韌性。我公司有些行星架采用內(nèi)套和外套鑲嵌式的焊接結(jié)構(gòu)，因此，焊接質(zhì)量直接影響到采煤機(jī)的使用性能和壽命。

1 出現(xiàn)的問題

我公司原來的行星架在礦上使用過程中出現(xiàn)過脫焊現(xiàn)象，如圖1（a）所示。對行星架解剖后進(jìn)行金相分析，發(fā)現(xiàn)焊縫的最底層出現(xiàn)未熔合和密集型氣孔，如圖1（b）所示。在正常工作狀態(tài)下行星架受力很小，搖臂在每次停止工作又重新啟動的瞬間，使行星架內(nèi)外套之間承受扭力，經(jīng)過這種反復(fù)的交變作用，誘發(fā)行星架焊縫沿著打底層的氣孔處開始開裂、擴(kuò)展，如圖1（c）所示，最終導(dǎo)致整個圓周焊縫的開裂，表現(xiàn)為行星架內(nèi)外套的脫焊。

圖1 行星架脫焊圖

2 焊接過程分析

對原焊接設(shè)計參數(shù)所焊接的行星架進(jìn)行過程觀察，并對觀察的一些現(xiàn)象作出分析，試圖找出問題所在。

對行星架的焊接過程進(jìn)行了跟蹤，發(fā)現(xiàn)以下幾個問題：1）焊接過程中，焊槍角度與軸線角度設(shè)計小于5°；2）焊槍提起時，焊絲端部的金屬球直徑約為焊絲直徑的3～4倍；3）電弧長度總在波動，電弧較長；4）每層焊接后焊縫表面幾乎看不到焊接紋路。

針對觀察到的現(xiàn)象分析如下：噴嘴與工件角度趨于垂直，這樣會造成焊接飛濺大、電弧不穩(wěn)，焊接過程中還容易出現(xiàn)氣體保護(hù)不良，產(chǎn)生焊接缺陷。CO2焊接時，一般要求噴嘴與工件角度10°～15°；焊絲端部的金屬球過大，說明焊接能量偏大，焊絲熔化過快，電壓偏高，電流相對焊接電壓來講偏小，為了避免此情況可以適當(dāng)降低焊接電壓；焊接時弧長變長,飛濺顆粒變大,也說明焊接電壓偏高；焊縫表面無波紋，是焊道變寬、熔深和余高變小的外在體現(xiàn)，同樣說明焊接電壓偏高。

各種跡象表明，原焊接參數(shù)設(shè)置不匹配，焊接電壓設(shè)置過高，焊接時易產(chǎn)生較大顆粒的飛濺和氣孔，這與焊接時出現(xiàn)的啪嗒啪嗒聲吻合。

3 焊接相關(guān)數(shù)據(jù)的設(shè)計

通過國際焊接學(xué)會（IIW）推薦使用的碳當(dāng)量計算公式，對35CrMo的碳當(dāng)量進(jìn)行計算，［Ceq］p=0.577～0.787，落在格瑞維勒（Graville）圖［1］的區(qū)域Ⅲ（難焊接區(qū)域），即使采用預(yù)熱和焊后熱處理還是很難焊接，焊接性較差，如圖2所示。

圖2 反映鋼的焊接性與碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)、碳當(dāng)量關(guān)系的Graville圖

行星架內(nèi)套和外套均采用35CrMo材料，較高的含碳量使其具有較高的淬硬性和較強(qiáng)的冷裂傾向。同時合金元素鉻、鉬的加入也顯著提高了鋼的淬透性和抗回火軟化能力，使得在焊接過程中形成的馬氏體在冷速快、溫度低的條件下很難自回火，另外所形成的馬氏體的過飽和度很大，使得焊縫的硬度高、脆性大，引起冷裂紋的敏感度也變大。因此，35CrMo鋼種的焊接需要焊前預(yù)熱，焊后緩冷。

3 .1 預(yù)熱溫度確定

鑒于行星架內(nèi)外套壁厚均較大，這里選擇了考慮化學(xué)成分和板厚因素的Seferain法［2］進(jìn)行預(yù)熱溫度的計算T0：

式中：［Ceq］p為成份碳當(dāng)量，［Ceq］t為板厚碳當(dāng)量，h 為此處厚度26 mm。

經(jīng)計算T0=280℃，實際操作過程中，將行星架內(nèi)外套放入井式爐中進(jìn)行280～300℃、3 h預(yù)熱后再行焊接。

3.2 后熱溫度設(shè)計

35CrMo材料標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度σb＞540 MPa，且為內(nèi)、外套厚度均大于38 mm的低合金鋼材料，焊接后容易在焊縫金屬或熱影響區(qū)內(nèi)產(chǎn)生冷裂紋，而且對于35CrMo材料，焊前預(yù)熱還不足以防止冷裂紋的形成，因此，焊后應(yīng)立即進(jìn)行后熱處理。后熱的溫度計算公式Tp：

式中：Tp為后熱溫度，℃；［Ceq］p為碳當(dāng)量公式。

經(jīng)計算Tp=247℃。因為行星架內(nèi)外套之間的坡口為尺寸較大的U型坡口，對于小行星架一般需要焊接6～7層，大行星架一般需要焊接10～13層方可焊滿，為了去除焊接應(yīng)力，焊后處理采用650℃、5 h及時后熱處理，在避免冷裂紋產(chǎn)生的同時也消除了焊接應(yīng)力。

3 .3 焊接參數(shù)設(shè)計

行星架的焊接采用CO2氣體作為保護(hù)氣，焊絲為MKG60，直徑為1.2 mm。參考相關(guān)文獻(xiàn)中碳合金鋼焊接時組織性能最佳匹配時的焊接線能量為3 kJ/mm，在行星架固定卡盤勻速轉(zhuǎn)動條件下計算出相應(yīng)的焊接工藝參數(shù)范圍為 I=280～300 A，U=32～34 V，因此確定送絲速度14 m/min，保護(hù)氣體流量Q=20 L/min。預(yù)熱溫度280～300℃，層間溫度280～300℃，600℃、5 h及時后熱處理溫度，焊后調(diào)質(zhì)處理。

4 結(jié)論

1）35CrMo行星架的焊接需要采取預(yù)熱和緩冷措施。

2）35CrMo行星架的焊接線能量控制在3 kJ/mm左右較適宜。

3）35CrMo行星架焊接后處理的最低溫度應(yīng)不低于預(yù)熱溫度280℃。

［1］ 程鵬波.27SiMn與35CrMo的焊接工藝對比［M］.電焊機(jī)，2012（12）：102-103.

［2］ 曹繼明.用碳當(dāng)量CEN確定高強(qiáng)鋼焊接預(yù)熱溫度［J］.焊接，1995（1）：17.