P&H2800电铲铲杆断裂修复工艺
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P&H2800电铲铲杆断裂修复工艺
摘要：根据P＆H2800电铲铲杆的材质和工作条件分析其断裂原因，制订修复焊接工艺，恢复其使用性能。
关键词：电铲铲杆断裂分析修复工艺
序言
安太堡矿1985年从美国进口13台P＆H2800电铲设备，在挖掘过程中，其工作环境恶劣，受力情况复杂，特别是安装在大臂上的叉杆结构主要受力部件--铲杆，由于司机操作不当，维修保养时现场焊接质量不佳等，更导致了铲杆在疲劳断纹之外的一些脆性断裂或叉杆的严重变形，铲杆的故障也是电铲可用率下降的一个主要原因。
根据P＆H公司的有关资料得知，铲杆的材质为ASTMA514(即通常的T-1)钢板，这是一种低合金高强度结构钢板。
1.铲杆运行中存在的问题。
1.1铲杆叉杆变形严重，主要是铲杆张口处向内收缩严重，影响铲杆与大臂的装配。
1.2叉杆根部等危险点经常发生疲劳裂纹。
经常发现铲杆根部箱形结构三面断裂。
由于现场焊接工艺规程不能很好执行，导致在原来的焊缝及近缝区重新开裂。
1.3焊接在铲杆上的推压齿条由于承受突然的冲击载荷，经常性的出现齿牙打掉或整体性地齿牙严重磨损变形，这一般需要更换新齿条（1J365D2）。
1.4齿条装焊：推压齿轮通过铲杆上齿条与铲杆的连接焊缝将推压动力传递到铲杆上，因此齿条与铲杆的焊缝是直接的主要受力焊缝，其装配焊接工艺的设计很重要。
齿条一般为分段的铸造或锻造齿条，与铲杆的焊缝型式也有多种。
段与段之间无焊缝，直接装与铲杆上，焊缝采用断续焊形式。
这种焊缝型式的优点是易于更换齿条，焊接工作量小，但是强度往往不足，容易造成齿条与铲杆剥离，同时断续焊缝起弧、收弧点太多，极易导致缺陷的产生，会引起应力集中；再者每段齿与相邻的齿条有一定间隙，造成段与段之间力的传递不连续，使铲杆受循环载荷，容易造成铲杆的疲劳断裂。
段与段之间先对接焊好后，再往铲杆上装焊，而且采用满焊形式。
虽然焊接工作量比前一种形式有所增加，但它克服了前一种形式的诸多缺点，现在基本采用这种设计及装配焊接方案。
齿轮与铲杆间焊缝坡口的型式为单边V型或单边U型坡口。
2.铲杆叉杆变形后的整形
2.1首先用一工字钢将叉杆尾部热平，并截取一节直径Φ5”~6”的厚壁管，切割下来料长，目的是为了防止在吊装和刨焊时勺杆发生扭曲或变形。
2.2在变形转折处，用碳弧气刨的方法抛下齿条及其延伸过渡板，将箱形结构的上下两面及一侧刨开，然后用千斤顶开到超过原来的尺寸，大约4”~6”，然后先焊上下板，最后再焊侧板，注意焊速不要太快，过大的线能量将导致焊完后过度的收缩变形。
在焊接前，应用加强版固定坡口两侧，并焊好引弧板。
2.3在电铲服役期间，如果铲杆上齿条的机械磨损比较严重，或者齿牙被打掉多个，这时一般需要更换齿条，如果仅是个别的齿条被打掉，一般可采取补焊加研磨的方法，或是局部截取一端齿条更新的方法。
现场多年焊接经验表明，只有正确的安装和焊接，才能避免铲杆产生裂纹，特别是铲杆齿条上与延伸过度板之间的接口，更是一个危险区。
3.铲杆修复焊接工艺
总体要求：焊接前焊条要烘干，随用随取，焊丝表面不能有油污、锈蚀多。
焊接时尽量采用多层多道焊，以减小焊接内应力；同时四条主焊缝以及连接筒与铲杆的焊缝，在焊接相同焊缝时要对称、同向焊接，以减小焊接变形；内部筋板焊接时要注意包角连续，以减小应力集中。
单斗杆翼缘焊缝坡口型式设计经历了初次设计、使用和再次设计的过程。
最初设计的单斗杆坡口开在腹板上，盖板不开坡口，，在焊接四条翼缘缝以及齿轮与铲杆的焊缝时，容易在盖板厚度方向产生层状撕裂。
把坡口开在盖板上，腹部不开坡口，对解决盖板层状撕裂起一定作用，但由于盖板与腹板间无间隙，坡口根部不易熔透，容易产生缺陷及应力集中，导致开裂，甚至破坏。
为解决上述问题，将铲杆设计成坡口开在盖板上，而且将盖板与腹板间拉开一定的间隙（一般为6-10毫米），背面加上垫板，以保证坡口根部可以焊透；在盖板厚度方向的钝边上施焊一层焊道，通过焊道的横向收缩应力来抵消主焊缝的收缩应力造成的对盖板厚度方向的拉应力使用，这样就更好地解决了盖板层状撕裂部，这是目前最为理想的铲杆截面与焊缝设计。
连接筒与单斗杆间焊接接头的设计
由于斗杆在前部受力最大，而连接筒正处在斗杆前部，偏载锁产生的扭转力全部于抗扭箱焊接接头来传递，使抗扭箱焊接接头承受扭曲疲劳载荷，所以接头焊缝的外形圆滑过渡，以及焊缝边缘熔合良好和根部焊透对接头强度、寿命有很大影响，因此连接筒与单斗杆间的焊接接头的设计非常重要，为保证焊缝质量，连接筒与单斗杆焊缝坡口应为不对称K型坡口，连接筒内部焊缝坡口尽量小，目的是减少连接筒内部施焊的工作量，而外部坡口深度可以大一些，即H2大于
H1,为保证焊缝质量，一般焊接顺序为：先焊连接筒内部坡口焊缝；再从外偶清根；再着色或磁粉探伤清根后焊缝情况，保证焊缝根部无缺陷；再焊接外侧坡口焊缝，并将焊缝打磨为圆滑过渡；再将连接筒的入孔盖装上，将坡口焊满并磨平，要求超声波探伤合格。
焊接材料的选择
焊接材料的选择首先要满足焊接接头强度匹配,其次熔敷金属的低温冲击性也要满足使用地区气温条件的要求，此外还应要求焊接材料的工艺性能好，特别是焊丝的表面镀铜、挠曲度等，保证焊缝的连续性，尽量减少接头，以避免焊接缺陷的产生。
基于以上考虑，焊条应选用低氢型焊条，焊丝可选用实芯焊丝.。
具体工艺操作过程如下：
3.1刨掉旧齿条清理和检查
3.1.1清理勺杆上的油泥和赃物
3.1.2用着色的方法检查裂纹及其延伸扩展情况
3.2新齿条的安装工艺
3.2.1刨掉旧齿条和勺杆箱形结构的上底板，必要时要补焊并磨平底板
3.2.2关于新齿条定位，可采用第一齿牙中心线定位法，将齿条前后左右找正，用专用夹具将齿条与勺杆夹紧
3.2.3保证齿条与过度延伸的接口处先敷设软质过渡焊道
3.2.4在坡口末端焊出弧板，齿条预热600F，过渡板预热225F,,然后焊1/2”厚，坡口预热温度为350F。
3.2.5在齿条与过渡板的坡口上方平面断焊两块用来防止变形的加强版。
3.2.6然后拆掉夹具将齿条和过渡板整个翻过来，用碳弧气刨的方法，在背面清根并打磨干净
3.2.7完成背面的焊道，焊前预热600F,,在引弧板上也刨出5/8”×45的斜坡口这有利于整个坡口的连续焊，焊完后，将焊缝磨平，磨得方向要与勺杆的走向平行。
3.2.8用着色的方法检查是否还有裂纹，若有裂纹，则先处理裂纹；若没有则将齿条连同过渡板再翻过来，用夹具夹好。
3.2.9焊接勺杆与齿条间的水平角焊缝，定位焊后，注意焊缝接头错开。
可先从开口端第二牙位置开始向另一端的扭力方向焊接，焊完后，再从第二牙的反方向焊。
从而完成整个焊道，注意焊前要预热到350F。
3.2.10完成齿条与过渡板间坡口的焊接，预热350F注意每到焊缝都必须从引弧板上起弧，要锤击每一道焊缝，全部焊完后，刨掉引弧板，并打磨干净。
3.2.11所有的焊缝完成4小时候，要用着色法检查验收，目测必须美观整齐。
4结论
按此焊接工艺修复P＆H2800电铲勺杆，全部合格，恢复了使用性能。
延长了使用寿命。
