基于等离子堆焊的中部槽焊接性能研究——文献学习体会

文献概况与背景分析

本文发表于《煤矿机械》2019年第40卷第9期，由神华神东煤炭集团与西安交通大学金属材料国家重点实验室联合完成。中部槽是刮板输送机的重要组成部分，长期承受煤炭物料的冲刷磨损以及刮板的摩擦冲击，服役环境恶劣，磨损问题严重制约了设备的连续运行周期。传统中部槽修复多采用电弧堆焊或更换整件，前者存在稀释率高、合金元素过渡率低、耐磨性不足等问题，后者则成本高昂且停机时间长。本文选取等离子弧堆焊作为修复手段，系统研究了焊接层的组织、硬度及耐磨性能，为中部槽的现场修复提供了技术依据。

核心观点与技术路线

作者采用PDCA循环的思路开展研究：首先明确中部槽的服役工况与失效模式（Plan），然后设计等离子堆焊工艺方案并实施试验（Do），接着通过金相分析、硬度测试和耐磨试验获取数据（Check），最终确定最优工艺参数并验证其工程适用性（Act）。

等离子堆焊工艺特点

等离子弧堆焊相较于传统电弧堆焊具有以下显著优势：

焊接层组织与性能分析

试验结果表明，等离子堆焊焊接层厚度可达8mm，这一厚度对于中部槽的磨损修复而言完全满足工程需求。焊接层的强化机制主要包括：

1. 固溶强化：合金粉末中的C和Cr元素在奥氏体基体中形成间隙固溶体，C原子占据铁素体或奥氏体晶格间隙，产生强烈的晶格畸变，提高位错运动阻力。
2. 弥散强化：Cr元素与C结合形成Cr₇C₃、Cr₃C₂等碳化物，以弥散态分布在基体中，有效阻碍位错滑移和裂纹扩展。
3. 晶粒细化：等离子弧的快速冷却作用使焊接层获得细化的晶粒组织，根据Hall-Petch关系，晶粒细化可显著提高强度和硬度。

耐磨性试验结果显示，堆焊层耐磨性较基体材料提高了1.77倍，这一提升幅度在工程应用中具有重要意义。中部槽在煤矿井下服役时，磨损寿命的延长直接转化为设备检修周期的延长和生产效率的提升。

工程实践思考与启示

在实际工程中，中部槽的等离子堆焊修复需要注意以下几个关键问题：

• 预热与层间温度控制：中部槽母材通常为Q345或16Mn类低合金钢，焊接时若预热不足，容易产生冷裂纹。建议预热温度控制在100~150℃，层间温度不超过250℃。
• 焊道设计：多层多道堆焊时，应合理控制每道焊道的宽度与厚度比（建议宽厚比≥2:1），确保充分熔合的同时避免过度稀释。
• 焊后处理：堆焊完成后应进行缓冷处理，必要时可进行去应力退火（550~600℃，保温2h），以降低焊接残余应力。
• 现场操作条件：井下环境湿度大、粉尘多，对等离子弧的稳定性有影响，需要采取有效的防风、防潮措施。

值得深入思考的是，本文虽然验证了等离子堆焊在中部槽修复中的可行性，但对于不同磨损工况（如干磨、湿磨、冲击磨）下的耐磨性差异未作详细对比。此外，焊接层与基体的界面结合强度、疲劳性能以及长期服役后的性能退化规律，仍是后续研究值得关注的方向。总体而言，本文为煤矿设备的现场快速修复提供了一种高效、经济的技术方案，具有较高的工程推广价值。