戴志晔
摘 要 介绍了国内外高强度材料的发展和应用，分析了高强度材料在无轨胶轮车上设计的可行性和焊接工艺，并指出药芯焊丝CO2电弧焊的优点。
关键词 无轨胶轮车 材料 焊接工艺 药芯焊丝
随着煤矿生产向高产高效发展，井下辅助运输机械也在向轻便和运行可靠的方向发展。无轨胶轮车是新型高效井下辅助运输机械，具有运输效率高、快速灵活、省时省工、安全性高和运行成本低等特点，应用前景广阔。在英国、美国、澳大利亚等国家无轨胶轮车已有20多年的历史，并已被大量使用，取得了令人瞩目的成效。我国目前尚无定型产品。为此，在消化澳大利亚Truk4和Pet6客货两用车的基础上，结合国内使用情况，进行了FKH6井下防爆低污染中型客货两用胶轮车的研制，以加速实现我国煤矿辅助运输现代化，缩小同世界先进水平的差距。
FKH6井下防爆低污染中型客货两用胶轮车主要由防爆发动机装置及进排气和电器防爆系统、液力传动装置、驾驶操纵装置、铰接式机架、客货两用车厢、液压气动系统等部件组成。其中，机架是该车的重要承载结构件，分前后机架两部分，均采用高强度钢板焊接式结构。前后机架通过铰接转盘铰接。机架主要用于安装动力、传动、行走操纵等部件和承载物料，受力状况比较复杂。因此，其结构性能的优劣对整车的使用性能与寿命都有着直接的关系。为了保证胶轮车的整体使用性能和运输效率，要求机架在具有较高的强度、刚度和可靠的承载能力下，尽可能降低自身重量，以提高其载重量，降低成本，获得较高的经济效益。为此，我们选用英国特雷克斯EEMS系列1008、10083和10072高强度钢板作为无轨胶轮车机架用材，对其使用的技术途径进行了探索。
1 高强度钢板介绍
近年来，随着设备的大型化发展，世界各国都在加强研制高强度钢板，开发加工性能好、使用性能优良且成本低的低合金钢，例如硼钢、锰钢、高硅钢等，并采用先进的冶金技术、钢材轧制工艺和热处理工艺来提高钢材的冶金质量、强度和强韧性。对高强度钢板来说，不管用于结构件还是用于耐磨件，大多需要焊接。因此，提高材料的强度，改善材料的韧性和焊接性，已成为低合金高强度钢发展的世界性趋势，其应用范围也日益广泛。例如工程机械、矿业设备等均已广泛采用此类材料。下面重点分析有代表性的EEMS10072钢板的机械和焊接性能。
1.1 EEMS10072钢板的化学成分和机械性能
EEMS10072钢是英国特雷克斯公司的一种经调质处理的低碳锰硼钢,采用控制轧制温度之后可以得到最好的综合性能。经热轧、淬火(水淬)和高于430℃的回火处理,具有较高的强度和塑性,尤其是具有较高的低温韧性,且有良好的延展性和成形性,故已被广泛应用于工程机械大型自卸式矿车上,使其具有可靠性高、疲劳寿命长的特点。该钢的化学成分和机械性能分别见表1、表2。
表1 EEMS10072钢化学成分%
| 板厚δ／mm | ω（C） | ω（Mn） | ω（Si） | ω（S） | ω（P） | ω（Ni） | ω（Cr） | ω（Mo） | ω（B） |
| 4.8≤δ＜15.9 | ≤0.2 | ≤1.35 | 0.15～0.4 | ≤0.05 | ≤0.04 | - | - | - | ≤0.0005 |
| 15.9≤δ＜25.4 | ≤0.2 | ≤1.6 | 0.15～0.4 | ≤0.05 | ≤0.04 | - | - | - | ≤0.0005 |
| 25.4≤δ＜50.8 | ≤0.24 | ≤1.6 | 0.15～0.4 | ≤0.05 | ≤0.04 | ≤0.25 | ≤0.25 | ≤0.08 | ≤0.0005 |
|
表2 EEMS10072钢机械性能 |
| σb／MPa | σs ／MPa |
δ ／％ |
Akv(-45℃) ／J |
HB |
| ≥690 | ≥621 | ≥16 | ≥20.3 | 229～285 |
| 1.2 EEMS10072钢焊接性能分析 不同板厚EEMS10072钢板的碳当量，可依据国际焊接学会推荐的碳当量计算公式算出（参见表3）：
表3 EEMS10072钢板碳当量Ceq |
| 板厚δ／mm | ω（Ceq）／％ |
| 4.8≤δ＜15.9 | 0.42 |
| 15.9≤δ＜25.4 | 0.46 |
| 25.4≤δ＜50.8 | 0.50 |
|
式中各元素含量见表1。 2 高强度钢板的焊接方法、材料和设备 2.1 焊接方法和材料 表4 熔敷金属化学成分% |
| 焊丝型号 | 保护气体 | ω（C） | ω（Mn） | ω（Si） | ω（P） | ω（S） |
| Outershield70 | CO2 | 0.084 | 1.4 | 0.75 | 0.009 | 0.011 |
| Outershield71M | CO2 | 0.05 | 1.3 | 0.65 | 0.005 | 0.007 |
|
表5 熔敷金属力学性能 |
| 焊丝型号 | 保护气体 | σb ／MPa |
σs ／MPa |
δA ／％ |
Akv ／J |
| Outershield70 | CO2 | 570～655 | 480～570 | 22～29 | 34～95 |
| Outershield71M | CO2 | 540～585 | 470～540 | 25～30 | 34～135 |
| 2.2 焊接设备 采用美国林肯(Lincoln)公司的DC-400、DC-600电源、LN-9送丝机、焊枪和保护气体装置。 3 焊接工艺的制定 为保证结构件的最终质量和结构性能，在制定焊接工艺时，应采取以下主要措施： 表6 焊接参数 |
| 焊接材料 | 焊丝规格 | 焊机 型号 |
焊接 电流 ／A |
焊接 电压 ／V |
送丝 速度 ／m．min－1 |
气体 流量 ／L．min－1 |
| Outershield 71M |
φ1.2 | DC- 400 |
140～ 180 |
26～ 29 |
6.5～ 8 |
10～15 |
| Outershield 70 |
φ2.4 | DC- 600 |
300～ 400 |
28～ 32 |
3～5 | 15～ 20 |
| 4 施 焊
(1)用氧乙炔焰对δ≥12mm的厚板连接焊道及附近进行预热，并用测温笔进行测量，保证预热温度要求； 5 探伤检验 前、后机架焊接完放置48h后，经采用CTS-26型超声波探测仪,按CB/T3559-93标准进行超声波探伤,证明焊缝合格;经磁粉探伤,未发现焊缝有缺陷。 6 结 论 经无损探伤检验和出厂验收检验证明： 作者简介：戴志晔 1965年生，工程师，1987年毕业于中国矿业学院矿山机械系机械设计专业。一直从事掘进机械化和井下辅助运输机械无轨胶轮车的设计与研究工作，共参加了十几项国家重点攻关项目、部级项目和分院项目，获1998年度国家科技进步二等奖及煤炭工业部科学技术进步一等奖。发表论文多篇。地址：山西省太原市并州南路256号，邮码：030006。 参考文献 1 尹士科,杨鸣山，王移山，等编.国内外焊丝焊剂简明手册.北京:兵器工业出版社,1992 |