机械论文掘进机设计方向论文范文

　　本文选自北大核心级期刊《中国机械工程》，《中国机械工程》杂志的前身是创刊于1979年的《湖北机械》，1983年更名为《机械工程》。经原国家科委批准，1990年主办单位变更为中国机械工程学会，同时成为中国机械工程学会会刊，其主管单位为中国科学技术协会。1992年更名为《中国机械工程》，1998年由双月刊改为月刊，2002年改为半月刊，自创刊以来，坚持自己的办刊方针特色，圆满完成了报道计划，取得了较好的经济效益和社会效益，为行业科技创新和发展做出了贡献，在业内形成重大影响，深受读者欢迎。
　　摘要：根据EBZ160掘进机设计要求，伸缩外筒、保护筒座、导向块等滑动摩擦处需堆焊铝青铜来达到耐磨目的。

　　关键词：掘进机,截割,焊接

　　生产过程中由于使用焊条电弧焊、工人的技术水平有限、外部环境达不到铝青铜焊接要求的高标准，导致堆焊后加工时发现大量气孔及裂纹，严重影响了铝青铜表面加工质量，无法达到设计要求的高标准，也影响了使用过程中所需起到的保护作用。鉴于以上问题，我们研究铝青铜堆焊工艺，争取攻破这一难关。

　　在攻克这一难关过程之前，我查阅了有关资料，对铝青铜有所了解，从环境、材质、焊接方法与设备等多方面入手，比较全面地进行了分析与研究，最终得到了令人满意的效果。

　　一实际生产过程

　　在试验初期，采用交流、移圈式焊机进行焊条电弧焊。焊机各参数如下：

　　焊机型号：BX-400

　　重量：550千克

　　焊机容量：25.54伏安

　　初级电流：67.5安培

　　次级电流：400安培

　　电流调节范围：60-500安培

　　初级电压：380伏特相数：1

　　次级空载电压：85伏特频率：50赫兹

　　额定暂载率：65%

　　此方法设备简单、轻便、操作灵活。适用于维修及装配中的短缝焊接，特别是可以用于难以达到的部位的焊接。堆焊材料为T237,规格5mm，母材为普通钢圈。焊前，焊条放烘干箱内预热至200℃左右，保持2小时以上，堆焊件预热至350-450℃。

　　通过使用以上方法加工后的零件在进行金属切削加工时发现，堆焊层有大量的气孔与裂纹的产生，严重影响了其表面质量。

　　二所遇问题的分析

　　针对以上问题，我查阅了大量资料并且在现场反复实践，总结了以下几点原因：

　　1焊接环境：气体在液、固态金属中的溶解度差造成过饱和状态的气体析出，这些气体来不不及逸出而残留在焊缝中形成气孔。在大多数情况下由于产生的气体不同，形成的气孔形态和特征也有所不同。通常状况下产生气孔的气体主要有氢气和氮气。另外在反应过程中产生的不溶于液态金属的CO而生成的气体也会造成气孔的产生。

　　在焊接生产中由于焊件或焊接材料不洁而使焊缝出现气孔的现象也十分普遍。影响较大的是铁锈、油类和水分等杂质，尤其铁锈的影响特别严重。

　　焊条或焊剂受潮或烘干不足而残存的水分，以及潮湿的空气，同样起增加气孔倾向的作用。

　　2焊接方法：在堆焊铝青铜时我们采用了焊条电弧焊。由于需要堆焊的部件大多为圆筒及圆盘，直径在350-470mm之间，厚度一般多达50-70mm，因此堆焊时，往往采用轴向多条焊肉的方法来完成。这样，焊肉与焊肉之间衔接处容易造成焊肉质量低。

　　焊接电流增大能增长熔池存在的时间，有利于气体逸出，但使熔滴变细，使表面积增大，熔滴吸收的气体较多，反而增加了气孔倾向。电弧电压太高，会使空气中的氮侵入熔池因而出现氮气孔。焊接速度太快，往往由于增加了结晶速度，使气泡残留在焊缝中而出现气孔。

　　在堆焊过程中，尽量小的电流、尽可能快的焊速、增加横向摆动频率等，可在一定程度上提高堆焊层的性能。必要时还可堆焊过度层来减少开裂的危险，过度层也可用来减小母材对堆焊层性能的不良影响。但是用这种方法焊接工件，一件大约需要用5～6天。

　　三解决问题的方法

　　上述焊接方法远远满足不了生产的需求，针对以上发生问题的原因，我采取了适当的措施以减少气孔和裂纹的产生。具体包括：

　　将原使用T237焊条更换为φ1.2铝青铜焊丝（ECuAl—A2），用这种方法焊接工件，完成一件大约2～3天，工作效率提高了2倍。但在焊接过程中又遇到使用保护气体的问题。二氧化碳气体保护焊，焊后焊肉不成形出现豆腐渣状，而且很硬，容易划伤其他部件。我们又选择了混合气作为保护气体，经试验后发现混合气造成飞溅太大，易出现夹渣，焊不透，效果仍不理想。最后我们选择了惰性气体——氩气，经试验后发现能形成效果非常好的焊肉，并且几乎没有飞溅现象。

　　接下来选择焊机，我们采用了型号为YD-500KRIVTA焊机，晶闸管控制氩气，焊接直流电源。各参数如下：

　　额定输出电流：500安培

　　额定输出电压：45伏特

　　额定负载持续率：60%

　　额定输入容量：28.1千瓦

　　相数：3相

　　频率：50/60赫兹

　　重量：156千克

　　焊接时，电流调至220安培，电压调至21伏特。

　　另外，关于EBZ160掘进机中需要堆焊铝青铜的零件大部分为圆盘形零件，这也就对焊接顺序提出了特殊要求，“井”字形焊接解决了焊接变形方面的问题。第一层先横向堆焊，第二层纵向重叠堆焊在第一层上面，焊三层完成。堆焊每一道焊肉时下一道焊肉必须压在前一道的1/2处，以保证溶合完好。

　　其次，对钢焊件焊前应仔细清理焊件及焊丝表面的氧化膜或铁锈以及油污等。对于铁锈一般采用砂轮打磨、钢丝刷清理等机械方法。焊接材料均应用防潮包装、干燥环境存放。气体保护焊时，必须防风。焊枪喷嘴前端保护气体流速一般为2m/s左右，风速如超过此值，保护气流就不能稳定而成为紊流状态，失去保护作用。由于铜的热导率和收缩率都比较大，在焊接时除使用大功率热源外，还得在焊前预热和焊接过程中采取同步加热措施，目的是使工件获得足够的能量，保证焊缝的良好成形及随后的冷却中气体充分地析出。其预热方法根据工件的结构而定。形状复杂，体积较小的可在炉中整体加热，而对结构简单、体积或厚度较大的工件则可用火焰局部加热，我们正是采取了后种方法进行预热。预热温度200℃左右。铝青铜堆焊时宜采用TIG填丝焊，采用较小的热输入，以防止熔合区在高温的停留时间过长，引起熔合线附近钢基体的母材上出现渗铜裂纹。为了改善铝青铜焊接接头的性能，同时减小焊接应力，焊后应采取600℃退火处理，并以风冷来消除其内应力。

　　四改进达到的效果和解决的实际问题

　　经过以上一系列的改进后，我们在铝青铜的堆焊质量方面得到了非常明显的改善，在接下来的机械加工过程中，基本没有出现裂纹和气孔，为零件的安全使用提供了前期保障。