0、前言
破碎机锤头是破碎机的易损、易耗件。锤头在高速旋转状态下，与下落的物料发生剧烈的碰撞，从而破碎物料。锤头处于高冲击、高应力磨料磨损状态下，其磨损消耗十分迅速。此外，在生产中还经常出现锤头破断的事故，造成�；２�
近10年来，国内外科技工作者针对现阶段所使用的锤头存在的磨损问题，进行了大量的研究，在耐磨材料及表面修复技术方面等取得了一定的成效；已研制出40多个系列60多种牌号的耐磨堆焊焊条，如日本的HF-950、美国的Faceweld12、瑞典的OKE4-60S、中国的D667、D618等。这些研究成果大幅度提高了构件的综合技术指标，延长了构件的使用寿命。这些堆焊焊条基本上是通过C、Cr、W合金形成高碳高硬度的莱氏体、马氏体基体和CrxC、WC等硬质相，在硬度方面能满足使用要求，但加入的合金元素的种类和数量不同，造成有的焊条价格较高。同时当硬度≥HRC40时，其抗裂性变差，焊前均要求将工件进行预热300～600℃，不仅严重恶化劳动条件，还大大提高了修复成本。
本试验在传统D618堆焊焊条配方基础上进行改进与创新，按照设计要求计算确定药皮的组成；并且与焊条工艺性能试验、焊接接头的力学试验相配合，以达到预期的设计任务。
1、焊条配方优化与分析
1.1焊芯的选择
新型焊条是为了代替D618焊条而设计的，主要目的是降低该焊条成本，因此采用HICr13焊芯（成分如表1）代替原D618焊条的焊芯。
1.2药皮的选定
本焊条适用于破碎机锤头的堆焊，所以要求其具有良好的抗冲击性能及抗磨损性能。由于Mn是奥氏体化元素，能够促进高温下组织的稳定性；C、B能够与Cr、W、V、Mo等金属形成碳化物、碳硼化物、硼化物等硬质相，这些硬质相在高温状态下都具有较高的硬度且不易溶解，大大提高了抗磨损性能；Cr是主要的合金元素，对堆焊层的性能有很大的影响，而这些元素是通过碳化硼、金属铬及金属锰加入到焊条中去的，故要确定药皮中作为优化因子的碳化硼、金属铬及金属锰加入量。
为了使这些合金元素能充分地形成碳化物，除个别非碳化物形成元素外，要使基体中有适量的碳，就必须参考“定比碳”规律结合以往经验分别对碳的数量进行调整，应当在保证不产生裂纹和气孔、堆焊层硬度较高等性能的条件下采取“保证供给”的办法才是必须和可行的。
在进行优化设计前，先粗略制作了几批焊条，确定了焊条药皮中非优化因子的质量及优化因子的取值范围。从优化设计的结果可得到焊条药皮中碳化硼、金属铬和金属锰的加入量分别为2.79，18.59，20.1 go故焊条配方如下：碳化硼2.7 9，金属铬18.5 9，金属锰20.1 9，硅铁1.8 - 2.3 9，钼铁7.5 - 8.6昏钒铁6.6- 7.1 9，纯钨粉3-3.8g，大理石9- 13.5 9，萤石8.3 - 8.7 9，钛白粉2.3 - 2.99，钛铁1.3 - 1.69，纯碱0.3 - 0.5 9，石英砂1.5 - 2.4 9，稀土硅铁2.2—3.889等。
1.3堆焊设备
本试验研制的焊条药皮类型是低氢型的，采用直流电焊机，且采用反极型接法，即焊条接正极，工件接负极。因为直流电源的电弧稳定，且反极型接法熔深浅。本试验采用的电焊机型号是zs-500，焊接参数如下：空载电压78V，焊接电流140 - 190A，焊接电压40 - 44V。
2、焊接工艺方案
2.1焊前准备工作
(1)堆焊前确保工件表面不得有气孔、夹渣、裂纹等缺陷，焊前可采用超声波对锤头进行探伤检测。对于缺块、掉块等部位进行表面气刨处理，须焊补清除后再经粗车、打磨出金属光泽。
(2)破碎机锤头出现的凹坑或是掉块部分，必须先用手工焊接或是半自动焊接的方式将其堆焊到与其它部位基本相平为止，以便于保证后续堆焊质量，特别是掉块部分，应选用熔合性和耐磨性最佳的过渡焊材将其修复到一定尺寸。根据焊接情况及基体温度，确定是否需要进行喷水、喷雾处理，通常喷雾的降温效果及消除焊接应力等效果更理想，而且不会在焊道上形成蒸汽薄膜而影响堆焊质量。
(3)使用打底层焊接可以防止堆焊合金层裂纹向衬板基体的扩展，提高堆焊合金层与基体材料的冶金结合强度。即在堆焊耐磨层之前，焊接一层韧性极高的底层材料，多为不锈钢，厚度为2—6mm。焊接第一道后，用锤敲击检验堆焊层与机体的焊接牢固度，在焊接第一面后，同样需要进行检验堆焊与基体的焊接牢固度。
(4)研制的耐磨焊条使用前，必须烘干并加热到350 - 400℃保温2h。
2.2焊接技术控制
破碎机锤头采用耐磨焊条堆焊修补技术，该锤头采用铸钢件ZC35SiMn，是中碳钢，应注意采取适当的焊接工艺消除焊接残余应力及其应力对构件引起的变形。由于手工电弧堆焊时，一般均需堆焊3-5层，本试验堆焊3层，每堆焊一层之后，待其温度降至300℃以下，以消除焊接热应力，再堆焊下一层，堆焊3层后，堆焊层高度达8 mm。堆焊完成之后，待锤头冷却，用车床对堆焊层进行加工，使其堆焊层高度为3 mm，因为通常的破碎机锤头加工至3mm作为工作面。其堆焊工艺要点如下：
(1)工件表面须处于水平位置，对于有斜度的堆焊工件，要靠辅助装置使堆焊表面处于水平位置。
(2)堆焊时，焊条须垂直于工件表面，如习惯采用右向焊法，须使焊条略向右倾斜与工件表面夹角80℃左右，且尽量采用短弧焊。
(3)堆焊时，可根据堆焊层宽度要求做适当摆动，并借助于凝固在焊道两侧的熔渣形成的“围墙”托住铁水，使焊层宽度均匀，成型美观。
(4)堆焊采用多层焊，一般堆焊3—5层，各层焊道之间勿需清渣处理，整个堆焊过程不宜中断，最好一次完成。如遇特殊情况中断堆焊，重新起弧时，应将已凝固的熔渣彻底清除，防止堆焊时加渣。熔渣清除后，堆焊操作难度增加，因“围墙”除去．易出现铁水“流淌”现象，因此要注意控制好熔池形状。
(5)堆焊后焊层表面如有气孔、裂纹或局部“缺肉”等缺陷，可局部焊补。
3、结论
(1)破碎机锤头堆焊修复后要其使用过程中，还要进一步加强现场的操作、改善控制工况、及时进行维护保养、注意监测控制，使其在最佳状态下运行，以延长锤头的使用寿命，使设备维修周期与工艺生产周期结合好、降低生产成本和维修成本。
(2)采用自行研制的新型焊条堆焊修复后的锤头安装在破碎机上进行实际应用检验，其锤头的使用寿命与原来新品锤头的使用寿命相当，而且其修复的费用仅是更新备件的30%，是采用D618焊接的60 – 70%，节省了备件的开支，降低了维修成本，确保了设备运转效率。
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