本發(fā)明涉及焊接技術(shù)，國際專利分類為B23K，具體涉及礦用鏈輪的修復(fù)技術(shù)。

背景技術(shù)：

礦用鏈輪是煤礦機(jī)械-刮板輸送機(jī)的重要部件之一，其工作原理是由輸送機(jī)通過鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)。鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，輪齒依次與鏈輪嚙合牽引刮板鏈連續(xù)運(yùn)動(dòng)起到輸送作用。在這種情況下，鏈輪軸組在工作中不僅要承受整個(gè)設(shè)備在運(yùn)行過程中的極大沖擊力，而且鏈輪和鏈環(huán)之間有極其劇烈的摩擦運(yùn)動(dòng)，再加上其工作環(huán)境非常惡劣，設(shè)備時(shí)刻處在煤屑、砂石、粉塵、水汽甚至有毒氣體的包圍之中。由于鏈輪長時(shí)間負(fù)載運(yùn)行下得不到良好的維護(hù)，使得其極易在連續(xù)工作情況下產(chǎn)生磨損而最終導(dǎo)致失效。然而磨損失效的鏈輪只是鏈窩部位的尺寸減小而無法與鏈輪正常嚙合，鏈輪其它部位依然完好無損，如對這樣的鏈輪不采取合理有效的措施而是直接更換新鏈輪，將造成巨大的資源浪費(fèi)及高昂的生產(chǎn)成本。

傳統(tǒng)的礦用鏈輪修復(fù)工藝生產(chǎn)效率低，一般只以單個(gè)或小批量零部件的修復(fù)為主。其設(shè)備和技術(shù)一般相對落后，不能形成批量生產(chǎn)?，F(xiàn)有技術(shù)中最常見的方式是采用耐磨焊絲堆焊的方法對鏈輪進(jìn)行修復(fù)。耐磨焊絲在材料成分、組織性能等方面都有較大差異，因此焊接難度大。耐磨焊絲堆焊厚度過大時(shí)，焊縫易產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，從而導(dǎo)致堆焊層與鏈輪基層結(jié)合不良而脫落，此外堆焊耐磨焊絲所得的堆焊層具有相當(dāng)高的硬度與耐磨性，致使焊后難以加工出形狀復(fù)雜的鏈輪鏈窩。若采用堆焊結(jié)構(gòu)鋼焊絲的方法，雖然可以選擇低強(qiáng)度匹配的焊絲改善鏈輪基材與堆焊修復(fù)層的焊接性，獲得與基材結(jié)合性能良好的堆焊修復(fù)層。但是，堆焊結(jié)構(gòu)鋼焊絲所得的修復(fù)層硬度低、耐磨性差而達(dá)不到鏈輪的使用要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種礦用鏈輪修復(fù)方法。

本發(fā)明是一種礦用鏈輪的修復(fù)方法，其步驟為：

（1）焊前準(zhǔn)備：焊前對待焊部位進(jìn)行打磨，去除零件表面的油污、鐵銹等雜質(zhì)，直至露出金屬光澤；選擇鎳基自熔合金粉末Ni60作為表面層的填充材料，過渡層填充材料選擇中高強(qiáng)度級別的結(jié)構(gòu)鋼焊絲ER69-1焊絲，并用80%Ar+20%C02氣體保護(hù)焊進(jìn)行過渡層的堆焊；

（2）預(yù)熱處理：將礦用鏈輪坡口表面及側(cè)面10mm范圍內(nèi)進(jìn)行清理，不得有鐵銹、氧化皮及油污，然后對堆焊鏈輪進(jìn)行整體預(yù)熱待焊；預(yù)熱溫度范圍為200~400℃；

（3）堆焊過渡層：選用中高強(qiáng)度級別的結(jié)構(gòu)鋼焊絲ER69-1焊絲，直徑φ1.2mm，并用80%Ar+20%C02氣體保護(hù)焊進(jìn)行過渡層的堆焊，焊接電流200±10A，電弧電壓21~23V，焊接速度30~35cm/min，焊絲干伸長12~16mm，堆焊過程中嚴(yán)格控制層間溫度，選擇層間溫度在200±10℃范圍內(nèi)，用熱電偶精確測量；焊接過程中若出現(xiàn)成形不良的焊縫，應(yīng)立即用角磨機(jī)對其進(jìn)行打磨，然后再進(jìn)行焊接；

（4）回火處理：整個(gè)礦用鏈輪焊接完畢后，立即對其進(jìn)行回火熱處理，回火溫度為250~450℃；

（5）耐磨層噴焊：在鏈輪再制造工藝中必須添加一層耐磨的表面功能層，選擇對表面耐磨層噴焊一層Ni60合金粉末；

①：預(yù)熱：對已堆焊礦用鏈輪進(jìn)行超聲探傷，未發(fā)現(xiàn)明顯缺陷后首先對焊接得到的過渡層進(jìn)行表面打磨，去除焊接留下的小顆粒飛濺及氧化皮，顯露出新的金屬表面；其次對施噴鏈輪進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度為350~400℃；

②：耐磨層噴焊：待礦用鏈輪預(yù)熱完成后，采用噴槍對礦用鏈輪進(jìn)行噴焊，采用碳化焰；

噴焊開始時(shí)，須將噴槍的火焰集中在鏈輪表面局部區(qū)域進(jìn)行加熱，加熱到500℃以上時(shí)打開送粉開關(guān)，一邊送粉一邊熔化，待噴焊層呈鏡面狀時(shí)將噴槍平穩(wěn)地移動(dòng)到下一個(gè)局部區(qū)域，如此重復(fù)以上操作，直到噴焊層把鏈輪表面全部覆蓋；

在噴熔過程中，噴槍與鏈輪表面的距離控制在20~50mm范圍內(nèi)，噴粉時(shí)距離需遠(yuǎn)一點(diǎn)，調(diào)到50mm左右；加熱與熔融時(shí)距離控制在20mm；

噴焊結(jié)束后，對噴焊鏈輪進(jìn)行緩冷處理，用石棉布包裹后放在保溫砂中緩慢冷卻。

本發(fā)明的有益之處為：對于磨損較嚴(yán)重、難以正常使用的礦用鏈輪也能進(jìn)行修復(fù)，得到與基材結(jié)合性能良好的堆焊修復(fù)層和耐磨性良好的噴涂層。修復(fù)后滿足礦用鏈輪的綜合機(jī)械性能和使用要求，降低了成本，節(jié)約了時(shí)間和資源，在保證硬度、強(qiáng)度和耐磨性的同時(shí)不會(huì)損壞礦用鏈輪。

附圖說明

圖1為鏈輪堆焊過渡層拉伸的斷口微觀形貌圖，圖2、圖3、圖4、圖5是堆焊過渡層不同區(qū)域焊縫組織形貌圖。

具體實(shí)施方式

由于鏈輪材質(zhì)一般為中碳調(diào)質(zhì)鋼，其碳當(dāng)量較高（Ceq=0.8左右），提高淬硬性的合金元素Cr、Mo含量較多，使得鏈輪在焊接過程中易出現(xiàn)冷裂紋、再熱裂紋等缺陷，從而降低了鏈輪再制造的質(zhì)量，嚴(yán)重影響鏈輪在實(shí)際生產(chǎn)中的使用性能。為了解決這一關(guān)鍵問題并獲得優(yōu)秀的焊接整體性能，在鏈輪基材與堆焊或噴焊的耐磨表面層之間添加一層焊接工藝性能、機(jī)械力學(xué)性能較好的過渡層，過渡層起到緩解基材與表面層材質(zhì)焊接性差的問題，可以提高整體修復(fù)件的結(jié)合強(qiáng)度與耐沖擊性能，從而可以有效的避免因直接在鏈輪基材上堆焊或噴焊表面耐磨層而引起的焊接缺陷。因此采用“堆焊過渡層+噴焊表面耐磨層”的修復(fù)方案對磨損失效的鏈輪進(jìn)行再制造。

本發(fā)明是一種礦用鏈輪的修復(fù)方法，其步驟為：

（1）焊前準(zhǔn)備：焊前對待焊部位進(jìn)行打磨，去除零件表面的油污、鐵銹等雜質(zhì)，直至露出金屬光澤；選擇鎳基自熔合金粉末Ni60作為表面層的填充材料，過渡層填充材料選擇中高強(qiáng)度級別的結(jié)構(gòu)鋼焊絲ER69-1焊絲，并用80%Ar+20%C02氣體保護(hù)焊進(jìn)行過渡層的堆焊；

（2）預(yù)熱處理：將礦用鏈輪坡口表面及側(cè)面10mm范圍內(nèi)進(jìn)行清理，不得有鐵銹、氧化皮及油污，然后對堆焊鏈輪進(jìn)行整體預(yù)熱待焊；預(yù)熱溫度范圍為200~400℃；

（3）堆焊過渡層：選用中高強(qiáng)度級別的結(jié)構(gòu)鋼焊絲ER69-1焊絲，直徑φ1.2mm，并用80%Ar+20%C02氣體保護(hù)焊進(jìn)行過渡層的堆焊，焊接電流200±10A，電弧電壓21~23V，焊接速度30~35cm/min，焊絲干伸長12~16mm，堆焊過程中嚴(yán)格控制層間溫度，選擇層間溫度在200±10℃范圍內(nèi)，用熱電偶精確測量；焊接過程中若出現(xiàn)成形不良的焊縫，應(yīng)立即用角磨機(jī)對其進(jìn)行打磨，然后再進(jìn)行焊接；

（4）回火處理：整個(gè)礦用鏈輪焊接完畢后，立即對其進(jìn)行回火熱處理，回火溫度為250~450℃；

（5）耐磨層噴焊：在鏈輪再制造工藝中必須添加一層耐磨的表面功能層，選擇對表面耐磨層噴焊一層Ni60合金粉末；

①：預(yù)熱：對已堆焊礦用鏈輪進(jìn)行超聲探傷，未發(fā)現(xiàn)明顯缺陷后首先對焊接得到的過渡層進(jìn)行表面打磨，去除焊接留下的小顆粒飛濺及氧化皮，顯露出新的金屬表面；其次對施噴鏈輪進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度為350~400℃；

②：耐磨層噴焊：待礦用鏈輪預(yù)熱完成后，采用一步法工藝、QHT-7/hA型噴槍對礦用鏈輪進(jìn)行噴焊，采用碳化焰；

噴焊開始時(shí)，須將噴槍的火焰集中在鏈輪表面局部區(qū)域進(jìn)行加熱，加熱到500℃以上時(shí)打開送粉開關(guān)，一邊送粉一邊熔化，待噴焊層呈“鏡面”狀時(shí)將噴槍平穩(wěn)地移動(dòng)到下一個(gè)局部區(qū)域，如此重復(fù)以上操作，直到噴焊層把鏈輪表面全部覆蓋；

在噴熔過程中，噴槍與鏈輪表面的距離控制在20~50mm范圍內(nèi)，噴粉時(shí)距離需遠(yuǎn)一點(diǎn)，調(diào)到50mm左右；加熱與熔融時(shí)距離控制在20mm；

噴焊結(jié)束后，對噴焊鏈輪進(jìn)行緩冷處理，用石棉布包裹后放在保溫砂中緩慢冷卻。

如圖1所示，鏈輪堆焊過渡層拉伸的斷口微觀形貌為典型的韌窩狀，而韌窩尺寸的大小可以反映材料塑性變形能力的大小，因?yàn)椴牧显谒苄宰冃芜^程中，當(dāng)材料的局部發(fā)生應(yīng)力集中后，較大的應(yīng)力破壞了原子間結(jié)合力，首先形成一些微孔，即裂紋源。繼續(xù)塑性變形過程中，微孔處存在三向應(yīng)力集中，會(huì)繼續(xù)擴(kuò)展并合并，所以就形成了韌窩。而韌窩越大的材料局部抗失穩(wěn)的能力越大，說明該斷裂部位具有較好的塑韌性。

圖2為熔合區(qū)形貌，熔合區(qū)組織冶金結(jié)合良好，其組織為鐵素體和珠光體，此珠光體以在鐵素體基體上分布的非層片狀形態(tài)存在，這種彌散分布的顆粒滲透體有利于改善鋼的塑韌性。圖3為堆焊層形貌，其組織為細(xì)針狀鐵素體、少量塊狀鐵素體，且其組織均勻細(xì)小，低合金高強(qiáng)鋼焊縫金屬中出現(xiàn)大量針狀鐵素體組織時(shí)，焊縫金屬具有較高的強(qiáng)度和良好的低溫沖擊韌性。圖4為熱影響區(qū)形貌，其組織變化不明顯，為回火索氏體與少量呈深色的回火屈氏體，晶粒較母材稍大，但并未出現(xiàn)過熱組織。圖5為母材形貌，基體組織為回火索氏體，其上有少量呈塊狀分布的鐵素體，由于鏈輪界面較大，淬火時(shí)心部未淬透，故而心部存在鐵素體。

以上所述的步驟（1）中對待焊的礦用鏈輪的整體處理為：堆焊過渡層+噴焊表面耐磨層的處理方案。

以上所述的步驟（2）中，將待焊的礦用鏈輪放入簡易少氧電阻爐中加熱至300℃，并在保溫4h后取出。

以上所述的步驟（3)中，采用80%Ar+20%C02氣體保護(hù)焊進(jìn)行過渡層的堆焊，并控制層間溫度在200℃，用熱電偶精確測量。

以上所述的步驟（4）中整個(gè)礦用鏈輪焊接完畢后，應(yīng)立即對其進(jìn)行回火熱處理，放入簡易少氧電阻爐中，控制回火溫度為400℃。

以上所述的步驟（5）中對耐磨層噴焊加工處理中：

①對待噴焊礦用鏈輪進(jìn)行超聲探傷，隨后放入簡易少氧電阻爐中預(yù)熱，預(yù)熱溫度控制為350℃；

②采用噴槍對礦用鏈輪采用碳化焰噴焊；將噴槍的火焰集中在鏈輪表面區(qū)域進(jìn)行加熱，加熱到500℃以上時(shí)打開送粉開關(guān)，一邊送粉一邊熔化，待噴焊層呈鏡面狀時(shí)將噴槍平穩(wěn)地移動(dòng)到下一區(qū)域，如此重復(fù)以上操作，直到噴焊層把鏈輪表面全部覆蓋；

在噴熔過程中，噴槍與鏈輪表面的距離控制在20~50mm范圍內(nèi)，噴粉時(shí)距離需遠(yuǎn)一點(diǎn)，調(diào)到50mm；加熱與熔融時(shí)距離控制在20mm；

③噴焊結(jié)束后，對噴焊件進(jìn)行緩冷處理，石棉布包裹后放在保溫砂中緩慢冷卻。

以下為本發(fā)明的具體實(shí)施例，包括如下工序：

一．焊前準(zhǔn)備：

焊前對待焊部位進(jìn)行打磨，去除礦用鏈輪表面的油污、鐵銹等雜質(zhì)，直至露出金屬光澤。自主設(shè)計(jì)半自動(dòng)焊接平臺(tái)，提高工作效率，保證焊接質(zhì)量。根據(jù)鏈輪工作所處環(huán)境的特點(diǎn)，鏈輪的失效往往是由于表面磨損而造成的，所以鏈輪修復(fù)過程中的任務(wù)不僅僅是填充修復(fù)鏈輪鏈窩部位的幾何尺寸，而更重要的是使其具有高硬度、高耐磨損性能的表面層，因此選擇合適的表面填充材料顯得尤為重要。結(jié)合前人的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)與填充材料自身的力學(xué)性能，選擇鎳基自熔合金粉末Ni60作為表面層的填充材料。綜合考慮鏈輪材質(zhì)焊接性及使用性能要求，過渡層填充材料選擇中高強(qiáng)度級別的結(jié)構(gòu)鋼焊絲ER69-1焊絲，并用80%Ar+20%C02氣體保護(hù)焊進(jìn)行過渡層的堆焊，此工藝具有電弧穩(wěn)定、飛濺少、特別是焊縫中非金屬夾雜物少，焊縫結(jié)合強(qiáng)度和沖擊韌性高等優(yōu)良特點(diǎn)。

二．堆焊過渡層

該焊絲既具有較高的強(qiáng)度又擁有良好的韌塑性。所以由此焊絲焊接修復(fù)的鏈輪，不僅可以承受較大的載荷與此同時(shí)也可以承受較大的沖擊，ER69-1焊絲焊絲化學(xué)成分及力學(xué)性能

如表1：表1 ER69-1焊絲化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）及力學(xué)性能

①預(yù)熱處理

中碳調(diào)質(zhì)鋼碳當(dāng)量較大、合金元素含量高，為防止焊接冷裂紋，焊接此類鋼材時(shí)應(yīng)對其進(jìn)行一定溫度的預(yù)熱。預(yù)熱具有減緩焊接接頭冷卻速度的作用，從而減少或避免在Ms點(diǎn)附近生成淬火組織，同時(shí)也有利于焊縫中氫的逸出。參照公式求出的預(yù)熱溫度，確定對礦用鏈輪進(jìn)行整體預(yù)熱，預(yù)熱溫度范圍為200~400℃。

②堆焊過渡層：

將礦用鏈輪坡口表面及側(cè)面10mm范圍內(nèi)進(jìn)行清理，不得有鐵銹、氧化皮及油污，然后對已堆焊鏈輪進(jìn)行整體預(yù)熱待焊。堆焊過程中應(yīng)嚴(yán)格控制層間溫度，層間溫度過低將導(dǎo)致堆焊層開裂，溫度過高會(huì)引起接頭脆化，為此選擇層間溫度在200±10℃范圍內(nèi)，用熱電偶精確測量。焊接過程中若出現(xiàn)成形不良的焊縫，應(yīng)立即用角磨機(jī)對其進(jìn)行打磨，然后再進(jìn)行焊接。

③回火處理：

焊接合金元素含量較高的中碳調(diào)質(zhì)鋼，只采取預(yù)熱的措施是很難獲得綜合力學(xué)性能優(yōu)良的焊縫組織。因?yàn)楹附咏Y(jié)束后若不對已焊鏈輪進(jìn)行有效的熱處理措施，已焊鏈輪將會(huì)在大氣環(huán)境中快速冷卻，而冷卻速度較快時(shí)，焊縫中的氫將來不及向外擴(kuò)散而聚集在焊縫內(nèi)、焊縫中的殘余應(yīng)力也無法釋放出來，這樣將導(dǎo)致焊縫組織的力學(xué)性能較差。因此，整個(gè)鏈輪焊接完畢后，應(yīng)立即對其進(jìn)行回火熱處理，回火溫度為400±20℃。

三．耐磨層噴焊：

堆焊的過渡層只能起到改善鏈輪基材與耐磨表面層材質(zhì)之間焊接性差的作用，卻不能滿足鏈輪正常工作時(shí)抗磨損的力學(xué)性能要求，所以在鏈輪再制造工藝中必須添加一層耐磨的表面功能層。選擇對表面耐磨層噴焊一層Ni60合金粉末。

①預(yù)熱：

對已堆焊的礦用鏈輪進(jìn)行超聲探傷，未發(fā)現(xiàn)明顯缺陷后首先對焊接得到的過渡層鏈輪進(jìn)行表面打磨，去除焊接留下的小顆粒飛濺及氧化皮，顯露出新的金屬表面。其次對施噴鏈輪進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度為350~400℃，預(yù)熱溫度要適宜而不可過高，溫度過高將使母材表面嚴(yán)重氧化，影響噴焊操作的順利進(jìn)行，為了降低預(yù)熱過程中引起的氧化，宜采用碳化焰。

②耐磨層噴焊：

待鏈輪預(yù)熱完成后，采用一步法工藝、QHT-7/hA型噴槍對鏈輪進(jìn)行噴焊。噴焊開始時(shí)，須將噴槍的火焰集中在鏈輪表面的一個(gè)區(qū)域進(jìn)行加熱，加熱到500℃以上時(shí)打開送粉開關(guān)，一邊送粉一邊熔化，待噴焊層呈“鏡面”狀時(shí)將噴槍平穩(wěn)地移動(dòng)到下一個(gè)區(qū)域，如此重復(fù)以上操作，直到噴焊層把鏈輪表面全部覆蓋。在噴熔過程中，噴槍與鏈輪表面的距離控制在20~50mm范圍內(nèi)，噴粉時(shí)距離需遠(yuǎn)一點(diǎn)，調(diào)到50mm；加熱與熔融時(shí)距離控制在20mm左右。噴焊結(jié)束后，需要對噴焊件進(jìn)行緩冷處理，一般用石棉布包裹后放在保溫砂中緩慢冷卻，以防止噴焊件在快速冷卻的過程產(chǎn)生裂紋。

表2 耐磨層表面硬度試驗(yàn)結(jié)果

表2是堆焊和噴焊耐磨層表面硬度試驗(yàn)結(jié)果對比，從表2中可以看出噴焊工藝和堆焊工藝所得鏈輪耐磨層的表面硬度中，噴焊工藝的平均硬度是更高的，較堆焊工藝的高4.3HRC。由此可以確定噴焊工藝所得的礦用鏈輪的耐磨性能優(yōu)于堆焊工藝所得。

表3 對磨磨損試驗(yàn)?zāi)ヤN質(zhì)量損失量

表3是將堆焊耐磨鏈輪、噴焊耐磨鏈輪分成兩組試驗(yàn)，每組試驗(yàn)分別備有三個(gè)磨銷與一個(gè)磨盤。試驗(yàn)前分別稱取并記錄每個(gè)磨銷鏈輪的質(zhì)量，試驗(yàn)中每個(gè)鏈輪切塊摩擦30min，試驗(yàn)后觀察磨盤的摩擦痕跡，對比分析實(shí)驗(yàn)中摩擦系數(shù)的大小，稱取并計(jì)算出磨銷的質(zhì)量損失量及其平均質(zhì)量損失值，對磨磨損試驗(yàn)?zāi)ヤN質(zhì)量損失量如表3所示?？梢钥闯鲈谙嗤囼?yàn)條件下，堆焊鏈輪質(zhì)量損失量較大，噴焊鏈輪質(zhì)量損失量較小。從磨銷質(zhì)量損失量來分析，損失量越小的鏈輪其耐磨性能也就越好，經(jīng)過對比分析噴焊鏈輪的質(zhì)量損失量最小，則可以初步推斷出噴焊鏈輪的耐磨性能最好，堆焊鏈輪較差。