信阳矿用横梁

不同工艺参数对铝合金激光深熔焊质量的影响
铝合金激光焊接技术是近十几年来发展起来的一项新技术。与传统焊接方法相比，激光焊具有热输入小，能量密度高，热影响区窄而熔深大，热变形小，接头性能好及易于控制等优点，因而逐渐得到广泛的应用。但由于铝合金具有较好的导热性能，对较高的激光束初始反射率及焊接过程中产生的等离子体对激光束的屏蔽作用，使得工件吸收光束能量困难，焊接过程不稳定，同时还易产生裂纹、气孔等缺陷。
目前对于铝合金激光焊接技术的研究依然是当前激光焊研究的热点，尤其是研究铝合金激光焊的熔化特性、气孔和裂纹的成因机理、焊接缺陷对力学性能的影响和激光焊接铝合金的等离子体现象等等。如何基于铝合金激光深熔焊的小孔诱导及行为机理，广泛应用于铝合金白车身的实际生产中，提升铝合金激光焊焊接质量是目前**主机厂的研究重点和难点。而在实车制造中，不同工艺参数对铝合金车门5系内板和6系铝合金加强板激光深熔焊焊接质量影响的研究尚未报道。
因此本文尝试通过以下方法来探索在不同焊接速度和功率条件下对激光焊外观质量和微观质量的影响规律。该研究主要通过两个路径：⑴利用样片实验研究不同参数对铝合金焊接质量的影响并获得优参数。⑵实车析优参数下铝合金激光焊焊接质量。
样片级别实验
实验材料为5182/1.5mm铝合金和S600/1.5mm铝合金，其化学成分分别如表1和表2所示，搭接形式：上层板S600/1.5mm+下层板5182/1.5mm，样片尺寸40mm×200mm，之后分别研究激光功率(表3）、焊接速度（表4）对该搭接形式的铝合金激光焊焊接质量的影响。
表1 5182铝合金成分(%)
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表2 S600铝合金成分(%)
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表3 激光焊功率影响的参数设置
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表4 激光焊焊接速度影响的参数设置
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图1所示是在功率为55%，焊接速度为60mm/s时的结果，其中图1(a）为焊缝的金相照片，图1(b）为激光焊接完成后背部的照片。从结果来看：在该焊接参数下，焊缝的熔深一条为0.37mm，一条为0.80mm，而公司要求的小熔深为0.45mm，则0.37mm这条焊缝不合格；两条焊缝的熔宽分别为1.71mm和1.40mm，均满足公司要求的小熔宽1.35mm，但1.40mm处于达标的边缘。并且从图1(b）可以看出，无背透现象。
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图1 功率为55%时的激光焊结果
图2所示是在功率为60%，焊接速度为60mm/s时的结果，其中图2(a）为焊缝的金相照片，图2(b）为激光焊接完成后背部的照片。从结果来看：该焊接参数下，焊缝的熔深一条为0.49mm，一条为0.86mm，均满足公司要求的小熔深0.45mm；两条焊缝的熔宽分别为1.46mm和1.83mm，均满足公司要求的小熔宽1.35mm。并且从图2(b）可以看出，无背透现象。
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图2 功率为60%时的激光焊结果
图3所示是在功率为65%，焊接速度为60mm/s时的结果，其中图3(a）为焊缝的金相照片，图3(b）为激光焊接完成后背部的照片。从结果来看：该焊接参数下，焊缝的熔深一条为0.53mm，一条为0.98mm，均满足公司要求的小熔深为0.45mm；两条焊缝的熔宽分别为1.46mm和1.89mm，均满足公司要求的小熔宽1.35mm。并且从图3(b）可以看出，出现背透现象。
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图3 功率为65%时的激光焊结果
比较以上三种功率下的激光焊质量，熔深与熔宽随功率的变化曲线如图4所示，从结果看：⑴功率越大，熔深与熔宽越大，但功率从60%到65%时，熔深与熔宽的率小于5%。⑵随着功率的，有背透的风险，在功率为65%时，出现背透。因此样片测试结果显示功率选择在功率的60%时相对较优。
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图4 焊接速度一定，熔深与熔宽随功率变化的曲线
图5所示是在功率为60%，焊接速度为70mm/s时焊缝的金相照片。从结果来看：该焊接参数下，焊缝熔深为0mm和0.27mm，均不能达到公司的要求，熔宽为0mm和1.35mm，其中一条无法满足公司的标准要求，另一条是刚刚达到公司的要求，因此在该参数下，无法满足公司的激光焊质量要求。
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图5 焊接速度为70mm/s时的激光焊结果
图6所示是在功率为60%，焊接速度为50mm/s时的结果，其中图6(a）为焊缝的金相照片，图6(b）为激光焊接完成后背部的照片。从结果来看：该焊接参数下，焊缝的熔深一条为0.61mm，一条为1.01mm，均满足公司要求的小熔深0.45mm；两条焊缝的熔宽分别为1.60mm和1.80mm，均满足公司要求的小熔宽1.35mm。从图6(b）可以看出，该参数下出现明显的背透现象。
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图6 焊接速度为50mm/s时的激光焊结果
比较以上三种焊接速度（图2、图5和图6）下的激光焊质量，熔深与熔宽随焊接速度的变化曲线如图7所示，从结果看：⑴焊接速度越小，熔深与熔宽越大，但从50mm/s时，出现明显的背透。⑵焊接速度越大，熔深与熔宽越小，但在70mm/s时出现未熔的现象。因此，样片测试结果显示速度选择在60mm/s时相对较优。
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图7 激光功率一定时，熔深与熔宽随焊接速度变化的曲线
实车级别验证
采用样片级别得出的焊接参数，在激光功率为功率的60%，焊接速度为60mm/s的条件下进行焊接，焊接两台车，选取4条焊缝来研究，如图8中的RB1和 RB3。
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图8 右后门激光焊焊缝分布
图9所示是2台车次每台车上4条焊缝的金相照片结果。从结果来看。
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图9 不同车次上4条焊缝的金相照片
⑴所有焊缝的熔深与熔宽均满足公司的标准，样片级别实验获得的参数是有效的。
⑵分别对比VB1-2车和VB1-1车上RB1和RB3两条焊缝的金相可知。
1）同一车次，同一零件不同位置的匹配间隙是不均匀的，大的间隙在0.3mm左右。
2）间隙在小于0.3mm的情况下，可满足熔深与熔宽的要求。
3）同一车次，不同位置间隙对熔深与熔宽的影响。
①VB1-1：熔宽差异达0.3mm，熔深差异达0.5mm，熔深波动较大达19%。
②VB1-2：熔宽差异达0.6mm，熔深差异达0.03mm。
⑶分别对比RD1和RD2两条焊缝在不同车次VB1-1和VB1-2上的金相照片可知。
1）不同车次相同位置的零件匹配间隙差异较大，近0.3mm。
2）不同车次，相同位置的间隙对熔深和熔宽的影响。
①RD2：熔深差异在0.11mm，熔宽差异在0.02mm。
②RD4：熔深差异在0.27mm，熔宽差异在0.25mm，熔宽波动较大达12%。
结论
⑴样片级别实验结果表明焊接速度对激光焊质量的影响：焊接速度越小，熔深与熔宽越大，焊接速度在50mm/s时容易出现背透；焊接速度越大，熔深与熔宽越小，焊接速度在70mm/s时，容易出现未熔透，焊接速度在60mm/s时，熔深与熔宽相对较优。
⑵样片级别实验结果表明激光焊功率对激光焊质量的影响：焊接速度在60mm/s时，功率越大，熔深与熔宽越大，功率从60%Pmax增加到65%Pmax时，熔深熔宽增加率小于5%，且在65%Pmax时，出现背透。
⑶对比实车级别实验与样片级别实验，焊接速度在60mm/s，功率在60%Pmax时，实车焊接的熔深、熔宽和样片测出的熔深、熔宽均能满足公司的标准，且两板间隙控制在0.3mm的情况下，可满足公司熔深与熔宽的要求，但熔深与熔宽的波动相对较大。

采煤机配件下放由运输队负责，并责成专人放置阻车器。装料前装料工应检查平板车各部件是否合格，不合格的车辆不得使用。装料时必须在平车前后各放一个阻车器，并掌握材料车的重心，严禁**宽**高。下放采煤机顺序为机身→左摇臂→右摇臂→左滚筒→右滚筒。
绞车司机开车前对所有绳头进行认真检查，绳头不符合规定要求的要及时反映，待处理完毕后方可开车。绞车司机在上班过程中严禁擅自离岗、脱岗。运料过程中要严格执行“一坡三挡”制度。同时作业地点矿车停车点下方必须放置两个阻车器，在有坡度变化的地段，阻车器由当班负责人安排专人放置，并有记录。信号工发现材料车掉道或材料偏移时，要及时发出停车信号，停车后进行处理问题，待问题处理完毕确认安全后，方可发出开车信号开车。运料过程中工作人员严禁扒车和乘坐矿车。卸料时，要轻拿轻放，必须**人员安全和设备完好。
采煤机配件装车后必须用导链或紧线机把设备牢固，并标明人员姓名、物料名称等做以记录。在运送材料过程中要严格执行“行车不行人，行人不行车”制度。绞车司机在开车前，首先检查绞车各部件是否齐全、牢固完好，地锚和压柱是否牢固，通讯信号是否灵敏可靠，严格执行“一停、二开、三倒车”的信号制度，确认无误后，再发出信号，听到信号并打回铃，再次听到信号后方准开车，绞车司机必须持证上岗，严禁**拉**挂。

四缸曲轴模具堆焊翻新后寿命提升的研究应用
曲轴锻造模具型腔较为复杂，特别是平衡块不规整有凸起的模具，金属充满型腔的能力越差，容易出现曲柄圆角充不满等产品缺陷，锤锻模为安全起见硬度不敢太高，太高模具容易打裂，模具硬度太低又较易造成平衡块歪斜，给正常的生产带来了严重影响，本文将从模具堆焊翻新方面进行研究，提高模具寿命，降低锻打过程中修磨和模具打裂的风险。
我厂生产用的一种四缸曲轴锻模(图1，受产品结构影响，锻模寿命一直较低。模具的平衡块不平滑，有一个较大的拐角，坯料沿箭头方向的流动受到阻碍，坯料充满型腔的能力较低，特别是在平衡块根部圆角位置较易出现充不满的现象，如图2所示。连杆颈开档和*二连杆颈开档之间成“（）”状，如图3所示，锻打过程中坯料沿轴线方向流动，弧状凸起的方向会有非常大的冲击力，较易造成开档位置歪斜（图4）。
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图1 我厂一种四缸曲轴锻模
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图2 平衡块充不满
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图3 连杆颈开档和*二连杆颈开档之间成双括号状
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图4 锻打过程中有非常大的冲击力，造成开档位置歪斜
为了提高材料利用率，提升金属充满型腔的能力，在模具上增加了5个阻力台，阻力台阻挡多余金属向毛边仓位置流动，多余金属沿轴向流动，从而又增加了将开档胀坏的风险。多批次生产中都出现过四个开档位置打塌，轻则多次修磨，重则打歪卡模，更换模具，模具翻新成本远**产品销售利润。
锤锻模工作过程中要受到连续的巨大的冲击力，这就需要模具内部有较高的韧性，表面有较高的强度和耐磨性，为提高模具寿命我们选择某CN637R、CN647R进行试验，此焊丝具有韧性好、红硬性好、耐疲劳的优点，与5CrNiMo锻模材料熔合较好。5CrNiMo成分如表1所示。
试验流程
⑴将模具型腔气刨干净，打磨平滑，不得有裂纹、尖角、倒钩出现。
⑵着色探伤。用着色剂喷涂打磨好的模具型腔，用显影液显影（图5），对模具型腔进行仔细检查，如有裂纹，及时清除。
⑶用三维扫描仪对探伤完毕的模具进行扫描，生成三维模型，对比模具三维造型，生成焊接路径程序，手工进行更改优化。
⑷将模具入电炉预热，预热温度450℃，达到温度后保温，保温时间根据模具厚度30mm/h计算，此次试验模具厚度为450mm，保温15h。
⑸模具堆焊开始时用保温棉将模具四周包裹好，调整好自动焊接设备，编制好堆焊路径程序，在型腔底部1/3的位置使用某637R焊丝打底、上面2/3的位置某647R盖面，焊接过程中电流电压分别控制在600A、34V左右，送丝速度4（ipm×100），逐层堆焊，每焊接完一层，停机，用风镐敲击，清除焊渣，仔细检查焊接质量，如有缺陷，刨掉重新堆焊，焊接过程中要时刻关注模具温度变化，模具温度低于350℃要停止堆焊重新入炉加热，焊接完成后检查焊接尺寸，**有足够的加工余量。
⑹回火。模具焊接完成后立即进行保温，保温温度450℃，保温时间6h，缓冷至室温后进行次回火。
次回火，回火温度为580℃，保温时间按模具厚度每25mm/h计算，此次试验模具厚450mm，保温18h。随后进行缓冷，缓冷到150℃左右进行二次回火。
*二次回火温度时间同一次回火，回火完后缓冷，随炉缓冷到200℃以下打开炉门冷却，100℃以下出炉冷却直至室温。
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图5 着色剂喷涂打磨好的模具型腔，用显影液显影
表1 5CrNiMo材料成分表（%）
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然后进行打硬度，在模具工作部位选一个平面，用砂轮机打磨光滑，用锤击式硬度检测装置检测模具硬度(图6)，本套试验模具回火后上模硬度为3.06～3.09dB，下模硬度为3.09～3.11dB，符合图纸设计要求。
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图6 锤击式硬度检测装置检测模具硬度
⑺模具加工。加工时行粗铣，选用φ25mm、φ16mm圆鼻刀，随后进行半精加工，选用5度R5mm白钢刀，后进行精加工，选用合金球头铣刀。精铣完后进行抛光打磨，保证模具型腔光滑，无倒钩。加工后的模具如图7所示。
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图7 加工后模具型腔光滑，无倒钩
⑻生产验证。对加工完的四缸曲轴进行生产试验。累计锻打1400件，模具型腔歪斜较轻(图8)，局部有轻微裂纹（图9）。气刨后发现连杆颈裂纹深度小于2mm，对整个模具寿命影响较小，再次翻新时可将裂纹去除干净。
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图8 模具型腔歪斜对比
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图9 连杆颈位置有轻微裂纹
结论
以往此套模具锻打200件就会出现主轴颈轴肩打塌，平衡块开档打歪，平均一个班需要磨修2～3次，严重影响生产效率，终也只能锻打500～800件，通过此次焊接材料的更换，模具寿命提升明显，本批共生产1400件，达到历史水平，由此可见选择适合模具基体和生产实际的焊材对提高模具寿命有非常大的作用，焊材的选用必须和模具钢本身有较好的熔合性，回火过程中组织的转变必须和基体保持一致，此项试验的成功对其他曲轴类锻模寿命提升有一定的参考意义。
—— 来源：《锻造与冲压》2020年*5期

耙斗机维修工操作规程
熟知耙斗机维修保养规定。一般规定维修电钳工应保证耙斗装岩机处于完好状态和安全可靠地工作。维修工必须遵守电钳工的一般规定，熟悉机器的各部结构和工作面的供电系统，掌握机械设备的完好标准、维修质量标准、油脂管理标准和安全技术保养规定。
下井前必须查阅耙斗机的运行情况记录，认真听取上一班人员的汇报，备足工作器具、常用材料、备品、备件及施工防护用品。工作前，必须检查作业点是否安全，瓦斯浓度是否符合规定，做到不安全不操作。维修工作前，必须切断电源，闭锁开关，并挂好“有人工作、不准送电”牌。
耙斗机对需要打开维修的减速器、滚筒、风动推车器等，要采取严密的防尘及遮盖措施，严防掉入煤、矸、杂物、淋水等。维修拆装必须按维修操作标准执行。维修工作中必须注意保护设备的防爆面不受损伤。拆装零部件时，应注意保管好小零件，严禁将其丢失和掉入机器内部。对需要维修或更换的齿轮、轴承、风管、阀等，必须选用同型号规格的元件。经维修的耙斗装岩机必须达到质量完好标准，由专人联系送电并交当班司机试运转，确认无问题后，方可交付使用。