矿井采煤设备的结构件材质均为低合金高强钢，在矿井设备进行大、项修时，部件磨损、变形、开裂现象严重。进行焊接修复时，采用CO2气保焊的焊接方法与MAG的焊接方法均能满足焊缝的要求，但通过化学性能、力学性能及应硬度测试的分析，采用MAG的焊接方法综合性能优于CO2气保焊的焊接方法，因此已被推广使用。
1 设备部件材料的分析及焊接材料的选则
1.1设备部件材质的型号及力学性能
矿井设备的材质以液压支架为例经过光谱分析仪测出：液压支架侧板690、筋板Q345、柱窝27SiMn。
1.1.1 Q690材质的化学成分见表1。
表1 Q690材质的化学成分
| 牌号 | C | Si | Mn | Ni | Cr | Mo | Nb | Al | B | S | P | V |
| Q690 | ≤ | |||||||||||
| 0.18 | 0.60 | 1.60 | 1.50 | 1.20 | 0.60 | 0.11 | 0.015 | 0.004 | 0.025 | 0.030 | 0.12 | |
Q690材质的力学性能为：抗拉强度σb=770～940（MPa）；屈服强度σs=670（MPa）；布氏硬度值E=235～293HBW；伸长率≥14%。
1.1.2 Q345的化学成分见表2。
表2 Q345的化学成分
| 牌号 | C | Si | Mn | P | S | Nb | V | Ti | Cr | Ni | Cu | Mo |
| Q345 | ≤ | |||||||||||
| 0.20 | 0.50 | 1.70 | 0.035 | 0.035 | 0.07 | 0.15 | 0.20 | 0.30 | 0.50 | 0.30 | 0.10 | |
Q345的力学性能为：抗拉强度470～630MPa；屈服强度≥345MPa。
1.1.3 27SiMn钢材化学成分（%）见表3。
表3 27SiMn钢材化学成分（%）
| 牌号 | C | S | P | Si | Mn | Cr | Ni | Cu |
| 27SiMn | 《 |
|
| |||||
| 0.24～0.32 | 0.035 | 0.035 | 1.10～1.40 | 1.10～1.40 | 0.309 | 0.30 | 0.30 | |
27SiMn钢材力学性能为：抗拉强度（σb/MPa）≥980；屈服点（σs/MPa）≥835；断后伸长率（δ5/%）≥12；断面收缩率（ψ/%）≥40；冲击吸收功（Aku2/J）≥39；布氏硬度（HBS100/3000）≤217。
1.2 焊接材料的选择
（1）根据上述分析，计算液压支架三种材质的碳当量分别为：侧板690的Ce=0.87、筋板Q345的Ce=0.64、柱窝27SiMn的Ce=0.6。
（2）根据低合金钢及异种钢焊接时选材原则，选用ER50S-6焊丝、CO2气体保护焊及MAG焊两种焊接方法。
2 两种焊接方法的特点
2.1 CO2焊接方法的特点
2.1.1 优点
（1）焊接成本低。CO2气体及CO2焊焊丝价格便宜，而且焊接能耗低，故焊接成本很低，成本只有埋弧焊及手工电弧焊的30%～50%。
（2）焊缝质量高。CO2气体保护焊抗锈蚀能力强，对油污不敏感，含氢量低，所以抗冷裂纹、热裂纹及氢致裂纹性能好。
（3）生产效率高。当采用细丝焊接时，焊接电流密度较大，电弧热量集中，熔透能力强，熔敷速度快，且焊后无需进行清渣处理，因此生产效率高。
（4）便与实现自动化。CO2气体保护焊是明弧操作，便于监视和监控，焊前对焊件的清理工作可从简，有利于实现焊接过程的机械化和自动化。
（5）适用范围广。适用于各种位置的焊接，而且即可用于薄板的焊接又可用于厚板的焊接。CO2气流还能对焊件起到冷却作用，在一定程度上防止了焊接薄壁构件的烧穿问题，还能减少焊件变形。
2.1.2 缺点
（1）焊缝成形较粗糙，飞溅较大，特别是工艺参数匹配不当事时，飞溅九更严重。
（2）不能焊接易氧化的金属材料，且不适于在有风的地方施焊。
（3）劳动条件差。操作环境中CO2的含量较大，对工人的健康不利。故应特别重视对操作人员的劳动保护。
2.2 MAG焊接方法的特点
2.2.1 优点
（1）飞溅率低、熔敷效率高。
（2）合金元素的过度系数大。
（3）焊缝的含氧量低。
（4）焊接薄板时工艺参数大。
（5）焊缝成形好
2.2.2 缺点
（1）对焊接设备的技术要求较高，设备造价相对较贵。
（2）焊接过程中飞溅较大。
（3）气体保护易受外来空气的影响。
（4）焊接参数的匹配较严格。
（5）为了使收弧弧坑也能得到良好的保护，不致在此影响整个焊件的安全可靠性，可采用熄弧后焊枪在原处暂停几秒钟及断续燃弧、回移电弧等方法填满弧坑。
（6）焊接环境应采用空气净化器设备，特别在比较封闭、换气不良的场所：尽量减少对焊接人员的人身伤害。
3 焊接方法的应用
3.1 采用CO2焊
液压支架的部件采用CO2气体保护焊，实芯焊丝ER50-6进行焊接，焊接效率较高，焊缝成型美观，接头塑性好，韧性高，达到质量要求。
3.2 采用MAG焊接
液压支架的部件采用MAG焊接，80%（Ar）-20%（CO2）做保护气体，实芯焊丝ER50-6进行焊接，电弧稳定性好，熔滴过渡均匀且频率增加，飞溅小，容易获得轴向射流过渡，焊缝成形美观。抗氧化能力强电弧集中热影响区窄。焊接时达到喷射过度，效率明显增高。
此外，采用混合气体保护还有利于控制熔池，焊缝金属的力学性能得到了提高，焊后的焊缝的表面飞溅少，减少了清理工作降低了劳动强度。所以，从安全、质量、效率方面考虑，选择MAG富氩气体保护焊焊接液压支架部件是可取的。
3.3 硬度测试结果
采用CO2气体保护焊，实芯焊丝ER50-6进行焊接，焊接完毕后用硬度仪进行测量，硬度可达100HB。采用MAG焊接，80%（Ar）-20%（CO2）做保护气体，实芯焊丝ER50-6进行焊接，测量硬度值为170HB。
3.4 成本分析
从两种焊接方法的成本进行比较：CO2气体保护焊的成本较低，MAG混合气体保护焊，由于电弧温度高，易形成喷射过渡，故电弧燃烧稳定，飞溅减少，熔敷系数提高，节省焊接材料，焊接生产率提高；由于大部分气体为惰性气体，对熔池的保护性能较好，焊缝气孔产生概率下降，力学性能有所提高；与CO2焊相比，焊缝成形好，焊缝平缓，焊波细密，均匀美观，成本较CO2高。但因矿井设备在井下运行时受到的阻力较大，CO2气保焊焊缝金属的强度偏低，焊缝很容易开裂。因此，使用80%Ar+20%CO作为保护气体的MAG焊虽然气体的成本略高些，但能提高焊缝的强度，提高熔敷效率，改善焊接环境及提高劳动强度。两种焊接方法的焊接参数见表4，两种焊接方法的力学性能见表5。
表4
| 焊接材料 | 焊接电流（A） | 焊接电压（V） | 保护气体 |
| ER50-6 | 210～250 | 26～28 | 80%Ar+20%CO2 |
| ER50-6 | 240-260 | 27～30 | CO2 |
表5
| 焊接方法 | 拉伸试验（MPa） | 冲击试验（-40） | |
| 抗拉强度 | 屈服强度 | 焊缝（Ｊ） | |
| MAG焊 | 670 | 600 | 130 |
| CO2焊 | 520 | 470 | 70 |
4 结论
采用80%Ar+20%CO2作为保护气体的MAG焊有许多优点，不仅电弧稳定，飞溅少，而且在较小的临界电流下能获得稳定的轴向射流过度和脉冲射流过渡，减少焊接缺陷，焊缝质量好，熔敷效率高。尤其是在矿井设备部件的焊接修复与再制造时，增加了焊缝的强度和性能。当前，随着MAG焊中保护气体研究的不断深入，MAG焊在矿井设备部件的焊接修复与再制造过程中已得到了广泛的应用。
参考文献
[1]人力资源和社会保障部教材办公室．焊工工艺学[M]．4版．北京：中国劳动社会保障出版社，2015.
[2]李亚江，刘鹏，刘强，等．气体保护焊工艺及应用[M]．北京：化学工业出版社，2004.
[3]雷世明．焊接方法与设备[M]．北京：机械工业出版社，1998.
[4]陈裕川．焊接工艺设计与实例分析[M]．北京：机械工业出版社，2009.
收稿日期：2018-03-09
作者简介：顾秀花（1968-），女，河北徐水人，神东煤炭集团公司设备维修中心培训基地培训师，焊工高级技师，研究方向：矿井设备的焊接修复及结构件的制造。
