WK-35电铲斗门斗拴孔开裂修复的解决方案

铁的外形尺寸为 436 mm×300 mm,且 相 互 之 间 以
间隔不连 接 方 式 排 布。 衬 铁 为 多 个 数 量 且气 体 保 护 焊 具 有 热 量
集中、变形小、成本低(为手工弧 焊 的 40% 左 右)、生
布,这样的优点还有,即便发生某 1 块甚至 2 块磨损
要:为了有效提高 WK-35 型电铲的铲斗斗门工作使用时间,减少相关故障率的发生,文章分
析了铲斗斗门的结构性质和使用环境等,通过对该型号铲斗维修技术的改进,提出了一种斗拴插孔开裂
摘
问题的解决方案,结果表明:改进后的斗栓插孔使用效果良好,增加了耐磨强度,可以最大限度地提高使
用时间,保证设备的出动率。
关键词:层间温度;焊接性;疲劳裂纹;冷裂纹;残余应力;斗栓孔
马上万,等 · WK-35 电铲斗门斗拴孔开裂修复的解决方案
箱体增加筋板方式,使用 δ40 mm 的锰钢板材作为
加强筋以增加强 度。 这 种 方 式 效 果 好 于 原 来,但 是
电铲设备现场实际使 用 不 足 2 个 月,还 需 要 考 虑 改
进。
2024 年第 1 期
题,在现场采取更换高碳耐磨材料方式予以解决。
生焊接缺陷。焊接 工 艺 参 数 的 确 定 中,考 虑 到 当 焊
接电流较大时容易 出 现 烧 穿、咬 边、焊 瘤 等 现 象,电
流过小时容易出现未融合、未焊透及夹渣等问题,为
保证焊缝成形良好 及 力 学 性 能 达 到 要 求,电 流 电 压
等参数须保持一 定 匹 配 关 系。 在 焊 丝 直 径、焊 接 电
在发生了斗栓 插 孔 裂 纹 故 障 后,修 复 一 般 以 气
刨打坡口 再 堆 焊 焊 接 的 方 式 进 行。 这 种 方 式 修 复
2.
1 初期措施
斗门斗拴插孔 产 生 裂 纹,现 场 中 最 初 的 处 理 方
后,其继续使用周期较短,较大程度影响着设备出动
式是对焊缝开裂处气刨开坡口,进行加强补焊,但在
制其多层多道焊层 间 温 度,多 层 多 道 焊 在 焊 接 过 程
位至彻底去除氧化层。
3
.2
.2
下 料 及 开 坡 口。 使 用 δ 40 mm 厚 度 的
16Mn 钢 板 下 料,单 件 外 形 尺 寸 为 436 mm×270
mm,数量 5 件,开单 V 型坡口。
3
.2
.3 清理焊口。采用机械清理法,用角向磨光机
方案的施工中,着重考虑的是焊接工艺。
倾向增大 [2]。由于铲斗材料存在碳当量高造成的施
工焊接性较差的现象,对此,需要制定规范的标准工
艺流程。
焊接工艺的具体操作、执行工艺流程为:气割—
气刨—开 坡 口—打 磨—装 配—防 止 焊 接 变 形—焊
接—打磨—缓冷,每一项工艺流程必须严格执行。
3.
1 焊接工艺参数的确定
栓通过自重落到 斗 栓 插 孔 内,关 闭 铲 斗 斗 底。 挖 掘
现。衬铁丢 失 后 使 得 斗 拴 与 箱 体 盖 板 形 成 前 后 约
构采用齿轮 - 齿条 推 压 方 式,斗 体 为 高 锰 钢 铸 造 斗
物料后卸载前,由司 机 操 控 开 斗 手 柄 为 开 斗 电 机 提
供一定电力驱动,转动钢丝绳卷筒,钢绳再带动斗栓
3 改进方案实施工艺
通过对 WK-35 挖 掘 机 斗 门 斗 拴 插 孔 的 现 场
改进不断试用检验,结 合 矿 用 大 型 结 构 件 的 焊 接 技
2.
2 改进与完善
在上述分析中,存在衬铁脱落间隙变大、斗拴冲
术与应用,确定了与现场实际较为相符的工艺方案。
击力也变大现象。由此确定从加强衬铁牢固与耐用
这种材料的衬铁在 固 定 施 焊 过 程 中,必 须 焊 接 在 斗
拴孔的箱 体 龙 骨 上。 由 于 在 插 孔 内 进 行 的 焊 接 操
作,所以必须将斗拴插孔盖板打开施工。
为了能较多地 加 设 衬 铁 以 保 证 其 耐 磨 性,同 时
考虑到避免或减少焊接应力集中而发生整体开裂现
象,根据空间位置加设衬铁数量确定为 5 个,每块衬
1.
1 存在问题
的疲劳,导致插孔的强度、塑性和韧性下降。衬铁丢
WK-35 挖掘 机 作 业 中,斗 拴 与 插 孔 是 斗 门 上
失后所引起的斗栓 惯 性 撞 击 力 会 更 大,且 斗 拴 在 插
重要结构件,铲斗装 卸 物 料 时 斗 门 的 开 关 主 要 靠 斗
孔内的不规则摆动,会 造 成 箱 体 结 构 件 的 受 力 不 均
注意将弧坑 填 满,避 免 弧 坑 裂 纹。 ⑤ 焊 接 完 成 第 3
采用人工定位装 配 方 法。 另 外,铲 斗 维 修 平 放 置 时
一定间隙,所以在装 配 定 位 时 衬 铁 须 与 斗 拴 形 成 一
有接头的,如果存在接头情况,层与层之间的接头要
错开 10~20 mm 的间距。接头要圆滑过渡,收弧时
+
中图分类号:
TD422.
21
文献标识码:
A
露天矿主要采掘设 备 为 电 铲,目 前 WK 系 列 电
铲在国 内 应 用 比 较 普 遍,一 般 年 产 2 000 万 t 以
上
。准 格 尔 黑 岱 沟 露 天 煤 矿 应 用 的 WK 系 列 挖
[
1]
文章编号:
1007—6921(
2024)
01—0132—03
快些,焊层厚度小些,这样易于控制层间温度。 ③ 在
起弧操作中,绝对不许在母材上打火起弧,要在弧板
100 mm 范围内油污、铁锈彻底清理。
3
.2
.4 装配与定位。由于斗拴衬铁尺寸较小,可以
上引弧。 ④CO2 气 体 保 护 焊 在 短 焊 缝 时 是 不 允 许
斗拴不是自由垂直 状 态,斗 拴 和 后 衬 铁 之 间 会 存 在
性方面着手,重点是 解 决 衬 铁 装 配 方 法 和 材 料 的 耐
WK-35 电铲铲斗为高锰钢铸钢件。构件材料
随锰含量的增加,钢的热导率急剧下降,线胀系数上
磨性。
升,使快速加热或冷却时形成较大内应力,工件开裂
根据生产现场 实 际,先 试 用 了 可 焊 性 相 对 较 好
的 16Mn(
Q345)锰钢板作为衬铁,厚度为 δ40 mm。
原厂是将斗拴背面的衬铁与插孔箱体焊接成一
70 mm、左右约 100 mm 的间隙,这就使得在工作中
斗拴摆动幅度变大,斗 拴 的 冲 击 力 直 接 作 用 到 箱 体
杠杆后,拉出斗栓、打开斗底进行卸料作业。
的盖板上,斗拴插孔 由 于 长 期 受 到 斗 拴 强 大 交 变 载
1 存在问题与原因分析
荷的作用,产生局部累积性永久损坏,一定周期产生
在焊接时应尽量选择小电流、快速焊,道间温度不超
过 150 ℃ 。
3.
4 施焊作业注意事项
① 第一层即打 底 焊 要 保 证 焊 透,盖 面 焊 要 控 制
咬边,以确保 焊 缝 质 量 [7]。一 定 要 保 证 焊 接 一 次 成
功,因为第一次的堆焊几乎决定了残余应力的分布。
② 在保证熔池熔合 良 好 的 状 态 下,焊 接 速 度 要 尽 量
从结构设计和 受 力 方 面 分 析,斗 拴 安 装 在 斗 门
插孔内,在工作中起开合斗门的作用,在工作时为了
对插孔本体不磨损 或 减 少 磨 损,在 此 部 位 加 设 了 衬
掘机,承担着煤矿大部分岩石与煤层的采剥任务,有
铁,既加强了插孔本体的耐磨性,又可以调整斗栓与
着较高的工 作 效 率。 其 中 WK-35 挖 掘 机 推 压 机
拴的动作来完成。 现 场 生 产 中,主 要 是 剥 离 岩 石 的
匀,焊缝加快磨损,同时极易在薄弱焊缝处产生应力
作业中,由于环境工况恶劣,斗门的斗拴插孔盖会经
集中,长时间就会引起箱体结构件强度减弱,最终形
常产生裂纹现象,严重时还会导致孔座的盖板掉落,
成疲劳性裂纹。
斗门无法正常开合而造成停产故障。
2 改进方案
/V /cm· min-1 /L· min-1
/cm
23~25
25~30
15~20
10~15
25~28
25~30
15~20
10~15
26~30
3.
2 焊前施工操作
30~40
15~20
10~15
· 133 ·
总第 539 期
内 蒙 古 科 技 与 经 济
3
.2
.1 母材焊前 准 备。 先 用 碳 弧 气 刨 将 斗 拴 插 孔
盖板上的耐磨板刨削 去 除,再 用 氧 - 乙 炔 将 斗 拴 插
以避免焊接缺陷的形成。
孔盖板切割打开。对母材先用风动或电动铲将龙骨
3
.3
.3 施焊层间 温 度 的 控 制。 为 了 避 免 焊 接 接 头
产生晶间腐蚀和热 裂 纹 等 缺 陷,焊 接 过 程 中 必 须 控
上待焊部位的焊渣 清 理,再 使 用 角 磨 机 打 磨 焊 接 部
插孔的间隙。
唇与高强度钢板焊接而成。挖掘机采掘作业是正向
体,而正面的衬铁 是 镶 嵌 在 插 孔 内 的,更 换 难 度 大,
铲装物料,通过斗栓与斗栓插孔的脱离,打开斗底门
停产检修时间长。衬铁磨损到一定程度时很容易丢
进行卸料。铲斗在 挖 掘 物 料 前 趋 于 平 置 状 态 时,斗
失,因不影响设备的正常运行,所以丢失后不易被发
率。
一周时间又 出 现 同 样 裂 纹。 再 更 换 采 用 CO2 气 体
1.
2 原因分析
保护焊方式,也同 样 不 到 一 周 时 间 又 开 裂。 后 采 取
收稿日期:
2023-04-20
作者简介:马上万(
1984—),男,内蒙古鄂尔多斯人,工程师,大学本科,从事露天采矿设备维修工作。
· 132 ·
注:
1.斗底体;
2.衬铁;
3.斗栓
图 1 斗栓插孔固定衬铁示意
采用上述方案维修后的 WK-35 电 铲 铲 斗,经
过对现场运行情况的跟踪,在使用 4 个多月后发现,
流、电弧电压不变 的 条 件 下,焊 接 速 度 过 快,熔 深 与
熔宽都减 小,也 会 出 现 咬 边、未 熔 合、气 孔 等 缺 陷。
控制合理 的 焊 接 速 度 和 焊 接 电 流 才 能 确 保 焊 缝 质
量,具体工艺参数见表 1。
表 1 焊接工艺参数
斗栓插孔改进后一直正常使用,唯一存在的问题是,
5 块衬铁中,在孔端部的衬铁磨损量最大,
40 mm 的
厚度被磨损剩余不足 20 mm,其余 4 块 衬 铁 磨 损 量
均在 5 mm 以内。
超限或者丢失后,其 他 的 衬 铁 仍 然 会 起 到 减 磨 与 保
控制熔池形状等优点,所以采用 CO2 气体保护焊施
护作用。斗栓孔内衬铁排布如图 1 所示。斗栓孔内
焊接材料的选用,针对高锰钢铸钢件特性,由于
的衬铁焊接施工完 成 后,还 需 在 斗 底 箱 体 上 面 焊 接
盖板及耐磨板,这样才完成了整体插孔的改进工作。
将衬铁开好的单 V 型坡口两面的氧化层 清 理 干 净,
直至露出原金属光泽为止。因为不锈钢焊丝对这些
焊缝的污染非常敏感,焊口不干净,在焊接中熔池会
难以把控,同时焊缝成形不好,会严重影响焊接质量,
所以须使 用 电 动 钢 丝 刷 或 清 洗 液 把 母 材 焊 口 50~
中能更好地减小焊接应力,获得良好的焊缝质量 [6],
产效率高、操作性能好、使用不锈钢材料焊接时易于
工操作。
母材的淬硬裂纹倾 向 比 较 大,因 此 选 择 不 锈 钢 焊 丝
焊接 [3]。具体施工操作选用了奥氏体不锈钢焊丝 E
309-16φ1
.6 mm 的焊丝施焊。
焊接接头由于 焊 缝 形 状 和 布 置 的 不 同,将 产 生
各种程度不同的应 力 集 中,在 这 些 区 域 往 往 容 易 产
层后,以后焊接的每层都必须锤击焊道,或者电动铲
定程度的紧密贴合,以 保 证 铲 斗 作 业 中 斗 拴 与 插 孔
敲击,以尽最大可能消除内部残余应力。
的配合间隙要求。在定位焊时必须用奥氏体不锈钢
3.
5 焊后保温、冷却
焊缝 施 焊 后,必 须 采 取 焊 后 保 温、回 火、缓 冷 措
2024 年 1 月
第 1 期 总第 539 期
内 蒙 古 科 技 与 经 济
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lNo.
539
WK-35 电铲斗门斗拴孔开裂修复的解决方案
马上万,王荣钧
(国家能源准能集团公司设备维修中心,内蒙古 鄂尔多斯 010300)
改进后存在的 这 种 情 况,也 说 明 了 整 体 方 案 是
可行的,方案使插孔 的 大 范 围 开 裂 以 及 盖 板 的 脱 落
丢失问题 得 到 了 显 著 改 善。 对 于 末 端 衬 铁 磨 损 问
焊层
焊接电流
/A
第一层 160~180
填充层 200~230
盖面层 180~210
电弧电压 焊接速度 气体流量 焊丝伸出长度