1 引言
1.1 课题研究背景
筛分作业是目前应用最广泛和最有效的物料粒度分级方法，它可以处理粒度区间为 0.1—300mm 的甚至更大范围粒度的物料，在矿业、冶金、化工、建材、粮食加工和环境等领域有着广泛深彻的应用[1]。筛分过程中，物料在筛面上的运动规律极为复杂，尤其在大面积物料的筛分领域，要想达到良好的筛分效果和筛面较长的使用寿命，需对筛板的材料及其安装﹑加工连接方式等有着很高的要求。振动筛是按粒度级别将物料区分开来的一种机械[2]，由振动源、筛体、筛板、减震装置和底托等组成。振动筛是利用电机拖动振动器，从而使筛体沿着激振力的方向作周期性的往复振动，从而达到筛分目的[3]。由于代替了之前的人工筛分，振动筛分机械的出现，提高了劳动和生产效率，减少了劳动强度，因此广泛应用于矿山、冶金、机械、建材、医药、电力、粮食、化工、橡胶、食品等多行业中的筛分、过滤、脱水和脱泥等作业。在煤炭的洗选加工过程中,振动筛主要用于煤碳的分级、脱泥、脱介、和脱水,在选煤行业上不可或缺。如果在使用时配合给料机可形成流水线作业，可大幅提高振动筛的生产效率。尤其是其具有很高的强度、刚度和承载能力并可以做成各种形状的刚性的筛分过滤装置，因此在煤碳的分级、脱泥、脱介、和脱水中有着切实的﹑大量的应用。
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1.2 弧形筛简介
弧形筛是利用筛条入料侧尖锐的棱边对煤泥水产生的切割作用，将之分离出去，主要用于煤炭行业选煤厂对物料进行预先脱水、脱泥、脱介作业以及分级及煤泥回收等作业。根据使用场合和物料水分的悬殊，弧形筛又分振动弧形筛和无动力弧形筛，本文研究的主要是振动弧形筛。振动弧形筛没有运动部件，是一种具有一定曲率半径和包角的固定条缝筛，结构简单，但处理量大。根据给料方式的不同，可分为两种：一种是无压力给料的自流式弧形筛；另一种是压力给料的压力弧形筛。弧形筛主要由一组筛条横向布置的圆弧形筛面、给料器、排料漏斗和支架等部分组成，用以制作弧形筛筛面的筛条为圆丝经过轧制之后的梯形筛条，筛条的布置方向与料浆在筛面上的运动方向相垂直或斜交，筛条一般由不锈钢制作，有时也采用尼龙制作。目前使用最广泛的振动弧形筛普遍是以振动电机作为驱动装置，驱动筛箱做圆弧轨迹运动,其振幅较小，为 0.5~1.0mm，频率为 960r/min。振动弧形筛主要由入料箱、筛箱、振动电机组成。弧形筛的给料方式分自流式和压力式两种。选煤厂多采用自流式弧形筛，其结构如图 1.6。需筛分物料自流给入受料箱 1，1 中装有一块倾斜的溢流板 2，这样就形成一个上宽下窄，逐渐收缩的隔槽，料浆由隔槽的出口按切线方向均匀的全宽给入沿弧形筛面 3。筛面 3 是一段圆弧，用不锈钢或尼龙筛条组成，筛孔(条缝)0.25—1mm。自流式弧形筛料浆的给料压力一方面来自给料箱与筛面距离之间的势能，另一方面来自泵给料所产生的给料压力，二者均属于低压给料,料浆进入筛面的动量较小，因此筛面的角度一般选得较小，主要有 45°、53°和 60°，厂家主要推荐 53°和 60°，用于选煤厂和选矿厂。
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2 试样制备及研究方法
2.1 试样制备
本文试验材料是由安平县国峰矿筛筛板厂提供的 202T 不锈钢，属 200 系列Cr-Mn-N 不锈钢，其化学成分经 Metalscan2000/2000F 型发射光谱仪分析，如表2.1 所示：圆丝必须经过轧制做成梯形丝，才能正常使用。出厂的不锈钢圆丝为固溶处理状态，塑性有余，但硬度、刚性、耐磨性、抗振性等性能不足，无法满足选煤现场工况对材料的要求，为使不锈钢丝达到硬度高、承重能力强、耐磨系数高、抗振能力强等工况要求，需对不锈钢圆丝经由高精密压丝机轧制，冷作硬化。202T 不锈钢有着较强的加工硬化性能，经冷作硬化的不锈钢的各项性能可以达到选煤工况的要求。轧制前后，其断面收缩率一般达到 30%左右。不锈钢焊接筛板的焊接采用交流脉冲接触焊，焊接所用设备是在FN1-150-1型缝焊机和 XQ-10058 型控制器的基础上加以改进的 FLK-A 型大型数控焊接机，焊接电气设备输出可调的连续交流脉冲电流。采用连续焊接工艺，一次焊接成大块筛板。大型数控焊接机将筛条和支撑条接触通以强大电流，利用接触处的接触电阻和金属的内部电阻所产生的电阻热，使筛条和支撑条接触的地方很快被加热到所需要的焊接温度，在电极压力作用下使二者焊接在一起。焊接结束后，支撑条与筛条的每一交点都得到焊接，形成具有一定筛缝宽度的筒状筛板，之后沿圆柱面母线切开展平即得到平板筛板。从筛板上线切割取下包含焊点的试样即可。
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2.2 试样显微组织分析方法
截取弧形筛板上的典型焊接试样，在显微镜下对焊接试样接头的金相组织进行观察分析。结合焊接接头力学性能及耐腐蚀性能，分析焊接接头区域显微组织、性能之间的关系。用线切割机截取包含焊缝及两侧各 1cm 宽母材部分在内的试样，并进行编号。抛光腐蚀之后在金相显微镜下观察。值得一提的是，若想将焊接接头试样上不同的组织清晰地显示出来，腐蚀一步非常重要，如果腐蚀液选用不当，不仅达不到想要的观测效果，还会破坏前期磨制试样取得的结果，只得再次抛光甚至重新磨制，事倍功半。金相显微组织的腐蚀方法，主要有化学腐蚀法和电解腐蚀法两种。(1)化学腐蚀法是将抛光好的试样面放在化学腐蚀试剂中腐蚀一定时间，以显示出试样的金相组织。(2)电解腐蚀法是在直流电的作用下，试样作为阳极，不溶性金属为阴极，两极同时浸入到电解槽中，有一定密度的电流通过时，试样表面发生选择性的溶解，达到显示金相显微组织的作用。电解腐蚀腐蚀时间短，显示效果好，主要适用于耐蚀性强、难以用化学试剂法显示组织的材料。电解浸蚀装置如图 2.6所示由于奥氏体不锈钢具有较好的耐腐蚀性能，其金相抛光腐蚀较为特殊。若采用化学试剂腐蚀，不仅耗时长，腐蚀时间也很难掌握，腐蚀效果也不理想。根据文献[36]及 CB/T 4334.1-2000 不锈钢 10%草酸浸蚀试验方法[37]的报道，决定用金刚石研磨膏进行机械抛光之后，采用浓度为 10%的草酸溶液对试样进行电解腐蚀抛光,电流密度为 1A/cm2,侵蚀时间按材料处理状态不同，阳极为试样，阴极为不锈钢板。具体浸蚀的工艺参数列于表 2.3 中。
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3 202T 不锈钢冷轧后的组织和性能研究...... 26
3.1 引言 .......26
3.2 冷轧处理前不锈钢圆丝的组织 .....26
3.2.1 舍夫勒组织图下的 202T 不锈钢圆丝组织预测 ......... 26
3.2.2 奥氏体不锈钢的马氏体转变.... 27
3.2.3 金相显微镜下 202T 不锈钢圆丝组织 ....... 28
3.3 冷作硬化对 202T 不锈钢组织的影响.......28
3.4 冷作硬化对 202T 不锈钢加工硬化性能的影响.........30
4 弧形筛电阻焊接工艺的研究及改进 ..... 32
4.1 引言 .......32
4.2 不锈钢矿筛板的焊接 .........32
4.3 焊接接头的金相检验 .........36
4.4 焊接缺陷的分析 .....38
4.5 焊接工艺的改进 .....40
4.6 各焊接工艺下接头的力学性能对比分析 .......43
4.7 讨论： .........47
5 弧形筛的焊后热处理及试验结果分析 ....... 49
5.0 引言 .......49
5.1 焊接工艺改进后焊接试样的组织分析 .....50
5.2 热处理工艺的制定 .......52
5.3 低温热处理 .......53
5.4 高温热处理 .......61
5.5 实际应用验证 .........65
5 弧形筛的焊后热处理及试验结果分析
5.0 引言
焊接是一个极不平衡的加热过程，会引起焊接件各部位不均匀的温度分布，造成焊缝不均匀热胀冷缩，所以伴随焊接过程的进行，在焊件内部不可避免的会产生残余应力[56]。特别是奥氏体不锈钢，因其具有较高的热膨胀系数和低的热传导系数，在焊接过程中将会产生较大的残余应力。在焊接过程中，当温度冷却下来后，残余应力以热应力的形式残留在焊件结构中，对材料结构的抗弯强度、脆性破坏、疲劳破坏和应力腐蚀裂纹都有很大的影响，必须设法加以消除[57],热处理是改善和恢复金属材料性能的有效的工艺方法。前章试验证明，改进后的焊接接头各项力学性能指标均有了大幅提高，但与冷作硬化的不锈钢相比，其抗拉强度还有一定差距，说明焊接仍存在一定缺陷。对大多数材料来说焊接应力很难避免，特别是由于不锈钢自身，热导率低﹑线膨胀系数大，在焊接过程中会产生较大的变形和焊后收缩，这样焊接应力就无法避免。焊接应力的存在导致焊接区的韧性和塑性较低，筛板在使用过程中，会因此而出现断裂，提前失效。为消除减小焊接应力，改善材料的塑韧性，进一步提高接头的抗拉强度和疲劳寿命，需要在接下来的工作中对焊接接头实施恰当的焊后热处理措施。本章将针对试验钢 202 不锈钢焊接接头出现的问题进行相应的焊后热处理，以期消除焊接接头的焊接应力，稳定焊件的形状和尺寸，以防止应力裂纹的产生；另外，细化晶粒，提高焊缝金属的塑性，改善热影响区、焊接接头的性能，尤其是提高其抗拉强度和疲劳强度，使之达到更好的工程使用效果。
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结论
本文以弧形筛板为基础，在分析了 202 不锈钢弧形筛板的失效断裂情况后，针对其焊接缺陷和破损机理，进行了焊接工艺的改进和焊后热处理试验，得出如下主要结论：
(1)通过对 202 不锈钢钢丝冷拔前后的组织性能进行对比，发现：202T 不锈钢圆丝冷轧后具有较强的加工硬化性能，经冷作硬化后的不锈钢丝的硬度﹑抗拉强度等性能均大幅增加，同时其塑性和韧性下降不大。202T 不锈钢属稳态不锈钢，在小变形下其组织内不会产生马氏体，其加工硬化性主要与冷轧时组织内位错的大量增殖和机械孪晶的生成有关。
(2)通过对用户现场弧形筛板取样进行组织性能研究分析，发现：样品筛板焊接工艺问题主要出在焊接电流过大所造成的接头各区晶粒粗大﹑熔合区深度焊接裂纹的存在，以及缩孔﹑晶间碳化物﹑低熔点化合物在接头各区组织的分布上，种种缺陷割裂了晶粒之间的融合，导致焊接试样的强度、耐磨性及疲劳寿命非常不理想，严重降低了弧形筛的使用寿命。
(3)采用减小电流并配合其他工艺参数的调整来改变弧形筛板焊接工艺，通过对不同焊接工艺下材料组织和性能的综合研究，得出最佳焊接工艺：焊接电流3000A，焊接速度32m/min，加热时间0.05s，锻压时间0.003s，焊接压力300N。试验证明，焊接工艺改进所生产的弧形筛板的焊缝性能得到了大幅度提高！
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参考文献（略）