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?隨著煤礦生產(chǎn)向高產(chǎn)高效發(fā)展，井下輔助運(yùn)輸機(jī)械也在向輕便和運(yùn)行可靠的方向發(fā)展。無(wú)軌膠輪車(chē)是新型高效井下輔助運(yùn)輸機(jī)械，具有運(yùn)輸效率高、快速靈活、省時(shí)省工、安全性高和運(yùn)行成本低等特點(diǎn)，應(yīng)用前景廣闊。在英國(guó)、美國(guó)、澳大利亞等國(guó)家無(wú)軌膠輪車(chē)已有20多年的歷史，并已被大量使用，取得了令人矚目的成效。我國(guó)目前尚無(wú)定型產(chǎn)品。為此，在消化澳大利亞Truk4和Pet6客貨兩用車(chē)的基礎(chǔ)上，結(jié)合國(guó)內(nèi)使用情況，進(jìn)行了FKH6井下防爆低污染中型客貨兩用膠輪車(chē)的研制，以加速實(shí)現(xiàn)我國(guó)煤礦輔助運(yùn)輸現(xiàn)代化，縮小同世界先進(jìn)水平的差距。
FKH6井下防爆低污染中型客貨兩用膠輪車(chē)主要由防爆發(fā)動(dòng)機(jī)裝置及進(jìn)排氣和電器防爆系統(tǒng)、液力傳動(dòng)裝置、駕駛操縱裝置、鉸接式機(jī)架、客貨兩用車(chē)廂、液壓氣動(dòng)系統(tǒng)等部件組成。其中，機(jī)架是該車(chē)的重要承載結(jié)構(gòu)件，分前后機(jī)架兩部分，均采用高強(qiáng)度鋼板焊接式結(jié)構(gòu)。前后機(jī)架通過(guò)鉸接轉(zhuǎn)盤(pán)鉸接。機(jī)架主要用于安裝動(dòng)力、傳動(dòng)、行走操縱等部件和承載物料，受力狀況比較復(fù)雜。因此，其結(jié)構(gòu)性能的優(yōu)劣對(duì)整車(chē)的使用性能與壽命都有著直接的關(guān)系。為了保證膠輪車(chē)的整體使用性能和運(yùn)輸效率，要求機(jī)架在具有較高的強(qiáng)度、剛度和可靠的承載能力下，盡可能降低自身重量，以提高其載重量，降低成本，獲得較高的經(jīng)濟(jì)效益。為此，我們選用英國(guó)特雷克斯EEMS系列1008、10083和10072高強(qiáng)度鋼板作為無(wú)軌膠輪車(chē)機(jī)架用材，對(duì)其使用的技術(shù)途徑進(jìn)行了探索。
1??高強(qiáng)度鋼板介紹
近年來(lái)，隨著設(shè)備的大型化發(fā)展，世界各國(guó)都在加強(qiáng)研制高強(qiáng)度鋼板，開(kāi)發(fā)加工性能好、使用性能優(yōu)良且成本低的低合金鋼，例如硼鋼、錳鋼、高硅鋼等，并采用先進(jìn)的冶金技術(shù)、鋼材軋制工藝和熱處理工藝來(lái)提高鋼材的冶金質(zhì)量、強(qiáng)度和強(qiáng)韌性。對(duì)高強(qiáng)度鋼板來(lái)說(shuō)，不管用于結(jié)構(gòu)件還是用于耐磨件，大多需要焊接。因此，提高材料的強(qiáng)度，改善材料的韌性和焊接性，已成為低合金高強(qiáng)度鋼發(fā)展的世界性趨勢(shì)，其應(yīng)用范圍也日益廣泛。例如工程機(jī)械、礦業(yè)設(shè)備等均已廣泛采用此類(lèi)材料。下面重點(diǎn)分析有代表性的EEMS10072鋼板的機(jī)械和焊接性能。
1.1??EEMS10072鋼板的化學(xué)成分和機(jī)械性能
EEMS10072鋼是英國(guó)特雷克斯公司的一種經(jīng)調(diào)質(zhì)處理的低碳錳硼鋼，采用控制軋制溫度之后可以得到最好的綜合性能。經(jīng)熱軋、淬火(水淬)和高于430℃的回火處理，具有較高的強(qiáng)度和塑性，尤其是具有較高的低溫韌性，且有良好的延展性和成形性，故已被廣泛應(yīng)用于工程機(jī)械大型自卸式礦車(chē)上，使其具有可靠性高、疲勞壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)。該鋼的化學(xué)成分和機(jī)械性能分別見(jiàn)表1、表2。
表1??EEMS10072鋼化學(xué)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鋼機(jī)械性能
σb／MPa
σs
／MPa
δ
／％
Akv(-45℃)
／J
HB
≥690
≥621
≥16
≥20.3
229～285
?
1.2??EEMS10072鋼焊接性能分析
不同板厚EEMS10072鋼板的碳當(dāng)量，可依據(jù)國(guó)際焊接學(xué)會(huì)推薦的碳當(dāng)量計(jì)算公式算出（參見(jiàn)表3）：?
表3??EEMS10072鋼板碳當(dāng)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
?
式中各元素含量見(jiàn)表1。
碳當(dāng)量ω（Ceq）值愈高，鋼材淬硬傾向愈大，冷裂敏感性也愈大。當(dāng)ω（Ceq）＞0.45%～0.55%時(shí)，焊接就容易產(chǎn)生冷裂紋。由表3可見(jiàn)，當(dāng)板材較薄(δ＜12mm)時(shí)，可焊性良好;而對(duì)于δ≥12mm的板材，為避免產(chǎn)生裂紋應(yīng)進(jìn)行焊前預(yù)熱及焊后技術(shù)處理。
????2??高強(qiáng)度鋼板的焊接方法、材料和設(shè)備
2.1??焊接方法和材料
焊接方法為藥芯焊絲CO2電弧焊。
?
焊接材料采用美國(guó)林肯(Lincoln)公司Outershield71M(?1.2)和Outershield70(φ2.4)藥芯焊絲。前者用于定位焊和小焊道(δ≤10mm)的焊接。這兩種藥芯焊絲均為既可獲得高強(qiáng)度，又可獲得良好沖擊韌性的低氫系列藥芯焊絲，具有焊接質(zhì)量好、飛濺少、脫渣容易、成形美觀和焊接效率高的特點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于各種低碳鋼和低合金鋼的焊接工程中。
Outershield71M和Outershield70焊絲的化學(xué)成分和力學(xué)性能見(jiàn)表4、表5。
表4??熔敷金屬化學(xué)成分%
焊絲型號(hào)
保護(hù)氣體
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??熔敷金屬力學(xué)性能
焊絲型號(hào)
保護(hù)氣體
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??焊接設(shè)備
采用美國(guó)林肯(Lincoln)公司的DC-400、DC-600電源、LN-9送絲機(jī)、焊槍和保護(hù)氣體裝置。?
3??焊接工藝的制定
為保證結(jié)構(gòu)件的最終質(zhì)量和結(jié)構(gòu)性能，在制定焊接工藝時(shí)，應(yīng)采取以下主要措施：
(1)預(yù)熱。焊前預(yù)熱能減緩焊接接頭的冷卻速度，防止淬硬組織的產(chǎn)生，減少冷裂傾向。但主要問(wèn)題是如何根據(jù)鋼的化學(xué)成分、材料的厚度及連接的約束程度來(lái)選擇合理的預(yù)熱溫度和最低層間溫度。通過(guò)試驗(yàn)得出：對(duì)板厚為12mm以下的鋼板可不進(jìn)行預(yù)熱，板厚為12～16mm的鋼板預(yù)熱溫度為(100±10)℃，大于16mm的鋼板預(yù)熱溫度定為(200±10)℃為宜。
(2)后熱。對(duì)板厚為12mm和大于12mm的零件，為避免在多層焊縫中產(chǎn)生橫向裂紋，同時(shí)也為防止由于焊前預(yù)熱不足而引起的裂紋，焊接結(jié)束后，應(yīng)立即進(jìn)行加溫回火去應(yīng)力處理，以消除焊縫與母材連接間的焊接應(yīng)力?；鼗饻囟葢?yīng)保持在350℃左右。
(3)直流反接法。為增大熔深，避免熔合區(qū)缺陷，電源采用直流電反極性接法。
(4)焊接參數(shù)。焊接參數(shù)的選用見(jiàn)表6。
表6??焊接參數(shù)
焊接材料
焊絲規(guī)格
焊機(jī)
型號(hào)
焊接
電流
／A
焊接
電壓
／V
送絲
速度
／m．min－1
氣體
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)用氧乙炔焰對(duì)δ≥12mm的厚板連接焊道及附近進(jìn)行預(yù)熱，并用測(cè)溫筆進(jìn)行測(cè)量，保證預(yù)熱溫度要求；
(2)焊接應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，中途不能停止，以保證層間溫度高于預(yù)熱溫度；
(3)應(yīng)采用焊接工裝，如用工藝軸來(lái)保證結(jié)構(gòu)件孔間的同軸度、平行度等技術(shù)要求，并采用多道工藝?yán)羁刂谱冃危?br />
(4)焊接過(guò)程中，隨時(shí)檢查各個(gè)方向的尺寸，做到及時(shí)控制和校正變形；
(5)每層(道)焊后要徹底清渣，發(fā)現(xiàn)任何缺陷應(yīng)及時(shí)采用砂輪機(jī)清除，進(jìn)行補(bǔ)焊，補(bǔ)焊時(shí)仍采取前述預(yù)熱措施；
(6)焊后立即對(duì)δ≥12mm的厚板連接焊道及附近加熱到350℃進(jìn)行回火去應(yīng)力處理，并緩冷至室溫；
(7)完成焊接24h后，拆除工藝軸、工藝?yán)?，自然時(shí)效后再進(jìn)行機(jī)加工，以利于應(yīng)力釋放。
?
5??探傷檢驗(yàn)
前、后機(jī)架焊接完放置48h后，經(jīng)采用CTS-26型超聲波探測(cè)儀，按CB/T3559-93標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行超聲波探傷，證明焊縫合格；經(jīng)磁粉探傷，未發(fā)現(xiàn)焊縫有缺陷。
????6??結(jié)??論
經(jīng)無(wú)損探傷檢驗(yàn)和出廠(chǎng)驗(yàn)收檢驗(yàn)證明：
(1)高強(qiáng)度鋼板EEMS10072具有較高的強(qiáng)度、良好的焊接性、壓延性和良好的沖擊韌性，尤其是具有較好的低溫韌性。所以，該種鋼板用于井下無(wú)軌膠輪車(chē)機(jī)架是可行的，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)要求。
(2)采用藥芯焊絲CO2電弧焊，一是成本低；二是可以提高焊接質(zhì)量，成形美觀，避免出現(xiàn)氣孔、夾渣等缺陷；三是提高工效，使預(yù)熱、焊接、后熱處理能一次完成。