一种高炉用一体式钎杆的焊接工艺

本发明公开了一种高炉用一体式钎杆的焊接工艺，用于钎头、钎杆和钎尾的焊接，该工艺步骤包括将待焊接钎头、钎杆及钎尾整体进行热处理，对焊接部位进行抛光处理，焊接部位进行300℃‑400℃预热，用电焊条从对接面底部开始沿钎杆圆周方向自内向外进行竖向焊接，焊接至焊口深度的1/2时用电焊条开始沿钎杆长度方向进行横向焊接，焊接面呈半圆弧形状；焊接部位保温、冷却；将焊接部位进行喷丸处理。本发明将钎杆与钎头、钎尾焊接为一体，减少了组装配件，避免了螺纹部位容易断裂的问题；焊接工艺的优化组合，明显提高了钎杆焊接部位的疲劳强度和使用寿命，实现了一套开铁口钻具可以重复使用多次，提高了工作效率，降低了生产成本。 2100433B

螺纹钎杆的失效大都在螺纹部位和过渡槽区域，破坏形式是疲劳断裂。其中钎杆在螺纹和过渡槽断裂占2/3， 杆体断裂占1/3 左右。螺纹钎杆外疲劳断裂占多数，而内疲劳断裂占少数（内表面存在冶金缺陷的除外）。螺纹钎杆的失效机理主要是微动磨损和冲击磨损而形成疲劳源，发展为疲劳裂纹，疲劳裂纹扩展导致钎杆最后断裂。所以，螺纹钎杆应该具有以下性能：

（1） 高的耐磨性和高的韧性；

（2） 高的疲劳强度和足够的刚性和弹性；

（3） 低的缺口敏感性和低的疲劳裂纹扩展速率；

（4） 要有一定的高温硬度和抗高温软化性；

（5）要有高的防腐性能和抗腐蚀疲劳的能力。

目前所有钢种中找不出一个能全面满足这些要求的钢种。即使在多种热处理工艺配合下，有些性能仍然无法满足。对各国螺纹钎杆的综合考察分析可知，目前只有低碳高强度合金钢，经螺纹成型加工后进行整体渗碳处理，空冷（或控冷）后两端螺纹及过渡槽进行淬火和低温回火，内孔和外表面进行喷砂或喷丸后进行防腐处理能获得较高较稳定的寿命。

对断裂后的B22 锥形钎杆， 钎肩前、杆体中部和锥体部位的内疲劳裂纹分布情况进行分析，钎杆在钎肩中部内疲劳断裂。从分析结果可以看出:钎肩前的内疲劳裂纹比较粗、长、深，说明这个部位的应力值最大，但裂纹数量相对要少。锥体部位的裂纹、数量非常多，密度高，但比较浅、小，说明此处受到的反射应力频率高，但应力值小，且观察到应力波和反射应力波的叠加区， 造成疲劳裂纹增多的情况。钎肩和部分钎尾的内疲劳分布情况说明，热扩水针孔的截面变化部位，由于出现应力集中而产生了裂纹；钎肩中部，若钎肩形状设计不合理，出现喇叭口时，也因应力集中现象而出现粗大裂纹，造成钎肩中部的断裂。

分析中还发现，钎肩设计合理的钎杆，钎肩中部内孔适当缩小， 但缩小的过渡区过于剧烈时也会出现粗大裂纹而在此处断裂; 试验中数支钎杆就是在此处断裂。试验还对杆体中部的内疲劳裂纹分布作了纵向剖视分析，从纵向剖面上可以看出; 杆体中部的内疲劳裂纹数量少，而且多是浅、小裂纹，说明其所受应力值小，反射波叠加也因距钎头远，反射波已经衰减而叠加现象减少， 所以杆体中部断裂的机率低些。

钎杆外疲劳裂纹的分布。钎尾、钎肩前、杆体中部的外疲劳裂纹无明显的规律性分布特征。这些部位的外疲劳断裂比较分散，往往与这些部位的外表面缺陷相联系。换言之，这些部位只要出现严重的外表面缺陷， 就会在这些严重缺陷部位产生外疲劳源， 并发展为疲劳裂纹且扩展而最终造成钎杆的外疲劳断裂。锥体部位的断裂，主要是外疲劳断裂，为此专门作了锥体部位的外疲劳分布的研究。

锻造锥体因几何尺寸精度差，与车床加工的钎头锥孔配合差，造成锥体的应力分布极不均匀，接触不良的部位受力大，容易产生裂纹。

主要有:

（1）钎杆锥体插入深度不够，在插入部与未插入部之间产生粗大外疲劳裂纹，容易造成锥体的中部断裂。

（2）钎杆的锥体是腰鼓形，所以锥体端部和中部都有粗大裂纹。

（3）钎杆锥度较好，只在锥体端部出现粗大裂纹。此外，少量钎杆锥体的外表面都可以看到“桔皮状”的粗糙情况，这是粗密疲劳裂纹造成的现象，与其锥体部位的疲劳裂纹一样，应力频率高，但应力值小。所以，锥体附近部位，如果没有严重的外伤（卸钎头时的严重敲击）或外表面缺陷，一般不在这些部位断裂。

在实际凿岩作业中，还经常遇到钎尾炸顶和堆顶的情况，个别的在钎尾108 毫米处根部断裂。钎尾108 毫米处断裂主要与根部圆弧的大小密切相关， 根部圆弧大于4.5 毫米并稍加改进圆弧过渡，此处一般不会断裂。

而钎尾炸顶和堆顶主要与钎尾热处理硬度有关，若钎尾淬火、回火后硬度仍高于HRC57则容易出现炸顶，而硬度低于HRC49 常常会出现堆顶情况。

1 钎杆热处理工艺选择的基础是钢种钎具用钢，伴随着冲击式凿岩机械的发展，形成了各种系列和类别。在钎杆生产中，正确选择了钢种，才有可能选择能充分发挥该钢种优点的热处理工艺，以保证钎杆的质量和寿命。钢种不同，最佳的热处理工艺也不同。

2 钎杆热处理工艺选择的依据是钎杆的基本要求和钎杆的失效分析钎杆的基本要求因品种而异，钎杆的失效原因，有钎杆结构设计不合理或制钎过程各加工工序的缺陷，还有使用时的失误等等。

但热处理工艺是否适当，热处理时是否存在质量问题，是内在的、是本质的。要针对钎杆失效的最主要原因，排除了各种外在的因素以后，选择保证内在质量的最佳热处理工艺。

3 钎杆热处理工艺选择要遵循经济性、合理性和可行性原则目前热处理技术的发展，日新月异，除了常规的热处理、感应加热、化学热处理、真空热处理之外，还有高能束（激光、电子束等）热处理、物理气相沉积和化学气相沉积、离子注入、喷涂等新的表面强化热处理技术。钎杆是细长杆件，要进行整体处理有很大的局限性，往往一种热处理工艺无法满足钎杆各部位的基本要求，应选择几种热处理工艺，分别对各部位进行处理。如何在众多的热处理技术中选择适合于钎杆的各种基本要求的热处理工艺，就要考虑经济性、合理性和可行性。

4 选择热处理工艺的最终判据是钎杆实际使用寿命的提高程度

到目前为止，钎杆质量的高低最好的判定是进行实地矿山凿岩试验。在此之前，国内外不少公司和科研机构和高等院校，研制过钎杆室内寿命试验台和寿命测试装置，其试验或检测结果只能是相对性的或作为初步选择制钎工艺或热处理工艺的筛选手段。应该指出: 实地矿山凿岩试验数据往往也具有相对性，只有在同一地点、同一种机械、相同的操作水平， 数据经过统计处理才有比较可靠的对比性。矿山凿岩试验的高寿命结果，是热处理工艺选择的最重要依据。