BTW1耐磨板焊接及加工工藝分析
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摘要：btw1耐磨板是近些年出現(xiàn)并應(yīng)用在煤礦輸送設(shè)備上的板材，它屬于高碳、高錳鋼范疇，其加工、焊接性能都較差，本文通過BTW1材料成分和力學(xué)性能，分析BTW1的切割、加工和焊接性能，制定合理的焊接、加工工藝，應(yīng)用于生產(chǎn)。
關(guān)鍵詞：BTW1；切割；加工；焊接；加工硬化
引言
刮板輸送機(jī)和轉(zhuǎn)載機(jī)各類槽體的中板、底板是關(guān)鍵零件，使用過程中要承受沖擊、疲勞、摩擦、腐蝕等惡劣工況，因此中板、底板都采用高硬度耐磨鋼板，如Hardox系列、JFE系列這類中低合金高強(qiáng)度鋼板。這類鋼板表面硬度較大，內(nèi)部硬度一般，當(dāng)表面耐磨層磨損后會加快磨損速度。BTW1耐磨鋼板是天津威爾朗科技公司與寶鋼近些年聯(lián)合研發(fā)成功的奧氏體型耐磨鋼。盡管這種鋼強(qiáng)度不如Hardox，但是它的硬度要優(yōu)于Hardox，力學(xué)性能見表1，該鋼種在中低沖擊工況下具有應(yīng)變誘發(fā)馬氏體相變的強(qiáng)化機(jī)制，強(qiáng)化后表面硬度能達(dá)到HRC42~55，且當(dāng)表面一層被磨掉后，新露出的表面同樣會得到自強(qiáng)化，正因?yàn)檫@種“越磨越硬”的特性，使其開始應(yīng)用到煤礦輸送設(shè)備上。作為一種新材料，盡管它有以上許多優(yōu)點(diǎn)，但是其工藝性還需要在生產(chǎn)中不斷摸索和研究。
1BTW1切割工藝
1.1火焰切割
BTW1耐磨板可以采用火焰切割方式下料，但是火焰切割質(zhì)量一般，由于BTW1中C、Mn含量較高（化學(xué)成分見表2）。火焰切割時(shí)，在高壓氧的作用下，C、Mn元素大量燒損，而Mn正是促進(jìn)BTW1獲得穩(wěn)定奧氏體組織的關(guān)鍵元素，當(dāng)Mn大量燒損后，奧氏體組織開始不穩(wěn)定，向切口附近大量析出碳化物，使切口表面增碳，增碳層組織在空氣中淬硬，導(dǎo)致焊接裂紋產(chǎn)生的可能性大大提高，因此火焰切割后，尤其是切割焊接坡口，還需要將增碳層加工掉，才可用于焊接。也可采用打磨方式去除增碳層，但需要注意打磨溫度不能過高。
1.2等離子切割
等離子切割效果要優(yōu)于火焰切割，雖然切口處也會有碳化物析出，但是量要少得多，并且等離子切割溫度高，速度快，切割面光滑，因此生產(chǎn)上推薦優(yōu)先使用等離子切割的方式下料。
2BTW1加工工藝
BTW1具有強(qiáng)烈的形態(tài)硬化特性，加工過程中加工硬化非常明顯，切削時(shí)發(fā)熱大，加快刀具軟化、磨損，因此在編制工藝過程中，BTW1留量不宜過大，應(yīng)遵循非重要面不留加工量，重要面少留加工量的原則。其次，BTW1在加工時(shí)需注意以下幾點(diǎn)：①切削速度不宜過大，避免刀具過熱；②進(jìn)給量不宜過小，避免刀具在硬化層工作，切深最好控制在2~3mm之間；③切削時(shí)發(fā)熱量較高，加工時(shí)使用冷卻液，降低切削溫度，延長刀片使用壽命；④刀具選擇上，使用可轉(zhuǎn)位銑刀，刀片選用高耐磨基體帶耐高溫涂層材質(zhì)刀片，由于這類刀片價(jià)格較高，考慮選用多切削刃刀片，以提高刀片利用率，降低加工成本；⑤加工參數(shù)選用見表3。
3BTW1焊接工藝
BTW1的熱導(dǎo)率低，同時(shí)電阻率高，其熱導(dǎo)率是低碳鋼的1/4，線脹系數(shù)是低碳鋼的1.6倍，所以易形成較大的內(nèi)應(yīng)力，引起裂紋，BTW1物理性能見表4。
3.1BTW1焊接性分析
①熱影響區(qū)析出碳化物的問題，BTW1在1050°C左右，C全部固溶于奧氏體中，但是這種鋼若再次受熱超過250°C時(shí)，就可能沿晶界析出碳化物而使材料變脆。從BTW1連續(xù)轉(zhuǎn)變曲線看，在冷卻較快時(shí)，碳化物首先在晶界析出，隨著停留時(shí)間增長，晶界碳化物將由不連續(xù)的顆粒狀態(tài)變?yōu)榫W(wǎng)狀分布，使脆性顯著增加。若冷卻速度更慢時(shí)，還要通過針狀碳化物析出區(qū)，析出針狀碳化物，使脆性大大增加，BTW1連續(xù)轉(zhuǎn)變曲線見圖1。因此BTW1在焊接后，在熱影響區(qū)不斷的析出碳化物，并可能向馬氏體轉(zhuǎn)變。為了減少碳化物的析出，應(yīng)加快冷卻速度，縮短在高溫停留時(shí)間；②焊接熱裂紋問題，BTW1在焊接時(shí)容易產(chǎn)生熱裂紋，主要原因有兩點(diǎn)：一是P、S和Mn、Fe容易形成低熔點(diǎn)共晶物，其熔點(diǎn)分別在960°C、1050°C，都遠(yuǎn)低于其固相線溫度，在焊縫凝固后期，這些低熔點(diǎn)共晶物容易在晶間形成液態(tài)薄膜，導(dǎo)致焊縫金屬塑性極低；二是BTW1線膨脹系數(shù)大，焊后冷卻收縮量大，同時(shí)熱導(dǎo)率小，熱場分布不均勻，使焊接產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，在這兩種因素的共同作用下，容易出現(xiàn)熱裂紋。
3.2BTW1焊接要點(diǎn)
由于BTW1焊接時(shí)容易出現(xiàn)碳化物和熱裂紋，因此焊接時(shí)需要注意以下幾點(diǎn)：①焊接時(shí)要嚴(yán)格控制熱輸入，焊前禁止預(yù)熱，焊后禁止后熱，并控制層間溫度不超過150°C，最好小于100°C；②焊接過程中應(yīng)及時(shí)采用水冷（用噴壺或其他工具），使焊縫快速冷卻至室溫。具體操作方法如下：每一道焊接約400~600mm長度后，對準(zhǔn)焊縫處噴水快冷，水干之前可在另一邊或其他干燥處繼續(xù)焊接作業(yè)，下一道焊接時(shí)同樣在焊接400~600mm長度后對焊縫噴水快冷，如上操作，反復(fù)進(jìn)行焊接—水冷作業(yè)，直至焊接完畢；③操作手法上，可通過短段焊，窄焊道，采用多層多道，不擺動焊接，注意填滿弧坑；④焊接工藝上采用低線能量，小電流，快速焊接；⑤清理時(shí)使用不銹鋼鋼絲刷。
3.3焊絲和焊接方法選擇
焊絲選用CHM18.8Mn不銹鋼焊絲，使用熔化極氣體保護(hù)焊，保護(hù)氣體選用Ar和5%CO2混合氣體保護(hù)焊，減少飛濺的同時(shí)能獲得較好熔深，焊接參數(shù)見表5。
4結(jié)語
BTW1耐磨板屬于高碳高錳鋼范疇，并且又具有馬氏體相變的強(qiáng)化機(jī)制，其加工、焊接都存在較大難度，以上工藝方法是根據(jù)BTW1耐磨板特性，總結(jié)生產(chǎn)實(shí)際，制定的比較詳盡的工藝方法，目前已成功應(yīng)用到多套設(shè)備上。
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作者：劉虎 肖潔玲 單位：中煤張家口煤礦機(jī)械有限責(zé)任公司