低温条件下电铲斗杆用钢的断裂分析及焊修工艺研究

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1、密级：公开论文类型：应用研究工程硕士学位论文低温条件下电铲斗杆用钢的断裂分析及焊修工艺研究StudyontheFractureAnalysisandWeldingRepairProcessofElectricShovelBucketRodinLowTemperatureCondition培养单位：材料科学与工程学院专业：材料工程研究生：冯韶楠指导教师：张洋讲师校外导师：安治国高工二〇一八年六月独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论

2、文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得石家庄铁道大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：日期：关于论文使用授权的说明本人完全了解石家庄铁道大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅，同意学校将论文加入《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》和编入《中国学位论文全文数据库》。本人授权石家庄铁道大学，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论文的

3、全部或部分内容。（保密的论文在解密后应遵守此规定）作者签名：日期：导师签名：日期：摘要电铲是露天矿山开采的主要设备，斗杆作为电铲工作装置的关键性部件，受力复杂，并且在高寒地区矿山施工时频繁出现开裂甚至断裂的问题。在低温条件下对斗杆进行焊修工艺研究具有重要的意义，能够大幅改善焊修后的使用寿命，提高矿山经济效益。本文分析了电铲斗杆在使用过程中的受力情况及断裂原因，并主要针对斗杆材料16Mn钢同种材料之间、斗杆16Mn钢与斗齿ZG28NiCrMo钢异种材料之间进行了焊接研究。主要分析了焊接位置，填充材料，焊接环境温度及焊前热处

4、理对接头组织和性能的影响。利用光学显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）及能谱仪（EDS）对接头微观组织及断口形貌进行观察，利用显微硬度计、万能拉伸试验机和冲击试验机对接头进行力学性能测试。结合电铲使用环境的特殊性，着重分析了接头的低温冲击性能，研究结果表明：1）斗杆在长期受疲劳载荷的作用下出现裂纹，焊修后焊修材料及工艺不当导致焊接接头冲击性能下降，尤其是低温冲击性能，焊缝中的缺陷及低温应用环境，进一步导致焊接接头处易出现低温脆断，斗杆在使用过程中循环冲击载荷作用是导致斗杆裂纹扩展乃至断裂的主要原因。2）对16Mn钢焊接接头

5、、16Mn钢与ZG28NiCrMo异种钢接头进行组织分析可知，J506及J607焊条填充后的焊缝均为铁素体+珠光体组织，A102及A307焊条焊后焊缝组织均为初生奥氏体和奥氏体枝晶间蠕虫状的铁素体组织，镍基合金焊条Ni327-3焊后焊缝组织为白色细长的柱状镍基固溶体及枝晶间弥散分布的点状碳化物析出相。16Mn钢热影响区由粗晶区索氏体+魏氏组织组成、细晶区和不完全重结晶区由珠光体+铁素体组织组成，ZG28NiCrMo铸钢侧近熔合区出现一层铁素体柱状晶区，热影响区都是不同尺寸的铁素体+珠光体组织，并且在奥氏体不锈钢焊条接头熔

6、合区存在一定宽度的单相奥氏体区。3）通过对不同焊接材料的力学性能结果进行对比，可以将斗杆同种材料之间的焊接，及斗杆与斗齿异种材料之间的焊接材料统一为A307焊条。A307焊条低温下焊接16Mn钢，其室温冲击韧性与J506及J607焊条相当，但-40ºC低温下的冲击韧性是J506焊缝的9倍，是J607焊缝的3.6倍；焊缝区的室温及低温冲击韧性最低，但也能分别达到114.7J及83J，热影响区及母材的室温及低温冲击功均高于焊缝区。A307焊条焊接16Mn钢与ZG28NiCrMo钢，在低温不预热条件下得到的接头各区域室温及低温

7、冲击韧性都高于A102及镍基焊条，16Mn侧热影响区的室温及低温冲击韧性均比原有A102该区提高了60%及36%；焊缝中心的室温及低温冲击韧性是A102焊条的1.9及2.2倍；而铸钢侧热影响区的室温及低温冲击韧性比A102焊接接头铸钢热影响区提高了52%及49%。接头抗拉强度约为530MPa，断裂位置仍在16Mn钢母材位置。硬度分布趋势大致相同，铸钢母材硬度最高在270HV左右，其次是焊缝，16Mn钢母材最低在为160~180HV之间，无淬硬组织生成。关键词：16Mn钢；ZG28NiCrMo钢；低温冲击性能；斗杆断裂分析

8、AbstractThemainexcavationandlodingequipmentindomesticlarge-scaleopen-pitistheelectricshovel.Asthekeypartoftheworkingdeviceoftheelectricshovel,theforceofthebuck