WK-55型电传动挖掘机高达22m，总质量为1400t，斗容量为56m3，最大卸载高度10m，理论生产率6600m3/ h。该挖掘机于2010年投入使用，主要任务是剥离和铲装岩石。该挖掘机经多年使用，其铲斗底板焊缝经多次开裂和焊接后再次开裂，无法继续使用。为此我们制定并实施了铲斗底板修复工艺，圆满完成了修复任务。铲斗底板断裂情况如图1所示。


    1．断裂原因
    经分析，该挖掘机铲斗底板焊缝开裂原因有以下3个方面：
    一是现场工况恶劣。该挖掘机铲斗长期满载装卸，且铲斗底板与岩石和卡车厢斗反复碰撞，出现疲劳裂纹，导致焊缝开裂。
    二是焊缝修复不及时。铲斗底板焊缝开裂后，直至裂缝扩展至完全断裂才进行维修，且在施工现场焊修，裂缝没有清理干净就进行焊接，焊接条件差、焊接质量低。焊缝经多次重复焊接后底板材料硬化，焊接性能下降，焊缝寿命缩短。
    三是焊接工艺有问题。铲斗底板开裂部位是铲斗体与斗栓插座连接处的焊缝。该部位材料厚度较大、焊缝填充量较多。斗体与斗栓插座材料差异较大，焊缝为不锈钢焊丝焊接，焊缝应力较大，若焊接中温度控制不好，会造成焊缝开裂。

    2．修复工艺
    根据铲斗底板焊缝断裂原因分析情况，我们决定将铲斗拆卸后，拉运到维修场地，按照预先制定的修复工艺进行彻底修复。具体修复工艺如下所述。
    （1）准备工作
    清理开裂焊缝使用风铲将开裂焊缝附近的泥土清理干净，露出金属光泽。使用氧乙炔焊炬烘烤焊缝附近的油污，要采用移动烘烤方法，以免温度过高改变母材组织结构，烘烤温度控制在100℃以下，烘烤后使用抹布将其擦拭干净。
    切割断裂部位铲斗底板由2层钢板组成，上层为厚度25mm的锰钢板，下层为厚度100mm的耐磨钢板。根据铲斗底板结构和断裂情况先划线，划好线后将底板上影响切割的耐磨板刨掉，确保底板上没有拉筋，单层的部位使用氧乙炔割炬切割，其余部位使用碳弧气刨刨削。
    制作焊接坡口将锰钢板焊缝处制作成25°～30°的坡口，将耐磨钢板内、外侧焊缝处制作成U形不对称、根部半径为40～50mm的坡口。坡口切割后，使用碳弧气刨将坡口表面刨平。铲斗底板切割部位及完成制作的焊接坡口如图2所示。使用碳弧气刨刨削的技术数据如表1所示。



    在刨削过程中若出现夹碳、粘渣，以及刨槽尺寸和形状不规则等缺陷时，应停止刨削，待清除缺陷后再进行刨削。刨削后，用角磨机和直磨机对坡口进行打磨，让坡口露出金属光泽。为利于盖面焊接、减少焊接缺陷，要将坡口两侧各打磨出约50mm宽度。
    校正变形部位使用定位码、大7字码、100t千斤顶和500mm角尺校正铲斗底板变形部位。定位码为U形码，数量为2件，由厚度为34mm的普通碳钢制作（严禁使用脆性材料），具体尺寸如图3所示。

    校正步骤如下：首先，使用不锈钢焊丝将7字码焊接到校正部位；其次，使用100t千斤顶进行校正，并使用500mm角尺测量校正情况；最后，待校正合格（变形部分两侧高度差小于3mm）后，在变形部位两侧焊接U形码进行定位。变形断裂部位校正与定位如图4所示。

    清理焊缝和安装垫板使用吊车将铲斗立起，使用碳弧气刨机将开裂较厚部位的不锈钢焊缝全部清除，并用角磨机进行打磨，让焊缝露出金属光泽。根据底板厚度和2道坡口面之间的间隙，选用6～8mm厚的Q235钢板制作垫板。垫板制作好后将其表面打磨出金属光泽后，将垫板安装到坡口处，以便焊接焊缝。焊缝垫板安装方法如图5所示。

    （2）焊接较厚部位
    铲斗较厚部位为斗栓插座与斗体的连接部位，二者属于异种材料焊接且淬硬倾向较大，故采用不锈钢焊丝进行焊接。
    焊接难点及解决方法异种材料焊接难点有以下4个方面：一是两者熔点不同，一种金属熔化而另一种金属还处于固态，焊缝合金元素容易稀释；二是两者导热性和比热容不同，会改变温度分布，从而改变结晶条件，过渡层容易硬化；三是两者电磁性相差很大，焊缝成形不好，熔合区容易产生碳扩散与脱碳；四是两者线膨胀系数相差很大，焊缝会产生很大的热应力，且这种热应力无法消除，容易产生延迟裂纹。
    以上焊接难点，主要从焊接方法、焊接材料和焊接工艺3个方面解决：一是采用熔合比小、稀释率低的焊接方法，如手工电弧焊、钨极氢弧焊、熔化极气体保护焊等方法，此次选用CO2气体保护焊。二是选用含镍量高的焊接材料，以克服焊缝稀释，抑制熔合区碳扩散，改善焊接部位应力分布，提高焊缝抗热裂能力。三是采取多层焊接、内外焊缝U形双面坡口焊接方法，以降低熔合比、减少母材熔化量。
    焊接方法先焊铲斗外侧焊缝，待外侧焊缝焊完后，使用碳弧气刨清根后再焊接内侧焊缝。由于此次焊接在冬季室外作业，气温较低，再加上工件较厚，需用氧乙炔焊炬对焊接坡口进行预热。预热的目的是提高焊缝温度，降低焊缝淬硬和裂纹倾向。为了防止产生脆性组织，预热温度控制在40～60℃之间，预热范围为坡口两侧150mm之内。焊接过程将层间温度严格控制在120℃以下。施焊时，首先在坡口面两侧堆焊1层过渡层，再由坡口两侧向中间逐层焊接。采用碳弧多层多道焊，每焊一层利用气动风铲消除应力和降温，在条件允许的情况下焊缝两端头设立引弧板。待焊缝焊接完毕以后，利用碳弧气刨修理焊缝，使焊缝表面平滑，将引弧板刨掉修理圆滑，以便下一步对加强板组对焊接。断裂部位完成焊接情况如图6所示。

    焊接设备和参数选用型号为Miller Dimen Sion .TM ．812 CO2二氧化碳埋弧焊机，选用型号为ZX-630的电焊机进行碳弧气刨，选用型号为Shield-Bright 309L的焊丝。异种材料焊接参数如表2所示。

    （3）组对焊接加强板
    制作加强板根据铲斗受力情况，需在断裂部位补焊加强板，以提高该部位抗冲击能力。加强板选择厚度为50mm的16Mn钢板。由于铲斗底部有一定弧度，需先测量间隙量，再确定加强板尺寸。经测量确定加强板尺寸为300mm×600mm，尺寸确定后使用氧乙炔割炬下料。
    组对点焊根据加强板尺寸，在加强部位划线，并在划线部位的最下端焊接支撑板以便组对。然后将制作好的加强板放到支撑板上调整位置，直到加强板与铲斗底板间隙符合要求（间隙不大于5mm）后进行点焊定位。
    焊缝焊接加强板焊接工艺与较厚部位焊接工艺基本相同，只是加强板两侧的立角焊缝焊接两层即可，而上侧的平角焊缝和下侧的仰角焊缝要焊到板厚的2/3。加强板完成焊接情况如图7所示。

[1] [2]  下一页