刮板输送机中部槽碳弧堆焊试验研究学习体会

文献概况与工程背景

本文发表于1983年第11卷第7期《煤炭科学技术》杂志，作者来自煤炭部张家口煤矿机械厂和机械部哈尔滨焊接研究所碳弧堆焊试制小组。该研究针对煤矿刮板输送机中部槽的磨损修复问题，开展了碳弧堆焊试验研究。刮板输送机是煤矿井下综采工作面的核心输送设备，其中部槽长期承受煤炭和矸石的冲刷磨损，磨损严重时会直接影响设备使用寿命和矿井生产效率。碳弧堆焊作为一种现场修复技术，其设备简单、操作方便、成本低廉的特点，使其在煤矿现场具有独特的应用优势。

碳弧堆焊工艺特点与技术优势

碳弧堆焊原理

碳弧堆焊是利用碳弧（碳棒与工件之间产生的电弧）作为热源，将预制的耐磨合金粉块熔化并与基体熔合的堆焊方法。碳棒本身不参与熔敷，仅作为引弧和维持电弧的介质，因此不会向熔池引入有害元素，熔池纯净度高。该工艺的核心优势在于：

耐磨合金堆焊层设计

文献中提到，在中部槽中板四角的易磨损部位上放置预制的耐磨合金粉块，通过碳弧堆焊使合金粉块熔化并与16Mn基体熔合，形成高碳、高铬、含硼的高硬度耐磨合金堆焊层。这种堆焊层设计的思路值得深入分析：

• 高碳（C）：形成大量碳化物（如Cr₇C₃、Fe₃C），提供高硬度，提高耐磨性。
• 高铬（Cr）：形成Cr₇C₃型碳化物，具有高硬度和高温稳定性，同时提高堆焊层的抗氧化性。
• 含硼（B）：形成硼化物（如Fe₂₃B₆），进一步提高硬度和耐磨性，同时改善堆焊层的切削性能。

与等离子喷焊的工艺对比

两种工艺的综合对比

碳弧堆焊的稀释率高意味着堆焊层中基体材料（16Mn）的合金元素会溶入堆焊层，可能影响堆焊层的最终成分和性能。但在中部槽修复的应用场景中，这种"高稀释率"反而有利于堆焊层与基体之间的冶金结合，提高了堆焊层的抗剥离能力。与等离子喷焊相比，碳弧堆焊在得到同样化学成分的前提下，具有设备简单、成本低廉、现场适应性强的显著优势。

煤矿现场应用与学习心得

刮板输送机中部槽的磨损修复是煤矿现场常见的设备维护工作。传统的修复方法包括：更换新槽、补焊修复、堆焊耐磨层等。碳弧堆焊作为一种现场修复技术，其最大的价值在于可以在煤矿井下或地面检修车间快速实施，无需将设备运回制造厂，大大缩短了设备停机时间。在实际应用中，碳弧堆焊的关键控制点包括：

• 基体预处理：清除磨损面油污、锈蚀和松动层，确保堆焊层与基体的冶金结合。
• 预热控制：16Mn钢在碳弧堆焊前需要适当预热（150-200°C），防止冷裂纹。
• 堆焊层厚度：根据磨损量确定堆焊层厚度，一般预留2-5mm的加工余量。
• 焊后处理：必要时进行去应力退火，消除焊接残余应力。

从学习角度来看，这篇文献虽然发表于1983年，距今已有四十余年，但碳弧堆焊作为现场修复技术的核心地位并未改变。随着煤矿机械化程度的不断提高，刮板输送机的规格和工况也在不断变化，但碳弧堆焊的工艺原理和技术优势依然适用。在实际工程中，技术人员应关注碳弧堆焊层的金相组织分析，通过优化合金粉块成分和堆焊工艺参数，进一步提高堆焊层的耐磨性能和使用寿命。同时，碳弧堆焊的技术思路也可以推广到其他煤矿设备的修复中，如采煤机滚筒截齿、刮板链等关键部件的耐磨修复。