礦用重工車架及液壓支架Q690D高強(qiáng)鋼焊接工藝應(yīng)用淺談

 引言
隨著煤礦業(yè)、高鐵、路橋事業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)礦用工程寬體自卸車的性能要求，特別是車架及液壓架的高強(qiáng)度和使用可靠性，提出了更高的要求。車架和液壓架主要材料為低合金結(jié)構(gòu)鋼，近年來(lái)，車架承載噸位和支架阻力逐漸在提高，鋼材選用由Q345提高到Q460、Q550，現(xiàn)在已經(jīng)開(kāi)始較多的用Q690D。Q690D鋼板強(qiáng)度高，焊接性能與Q345B比起來(lái)效果較差，對(duì)焊接條件、焊材和焊接人員的要求比較高，而且碳量過(guò)高造成焊接冷卻后脆性比較大。在實(shí)際焊接過(guò)程中，掌握焊接工藝后使用什么材料制作車架和液壓支架等結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵問(wèn)題之所在。
1 焊接預(yù)工藝規(guī)程
1.1 Q690D鋼板的材質(zhì)及力學(xué)性能（見(jiàn)表1）
1.2 如何選擇焊絲 首先要了解焊絲是否能保證焊縫金屬的強(qiáng)度，塑性和韌性是否能達(dá)到產(chǎn)品的技術(shù)要求的質(zhì)量，其次還要考慮焊接生產(chǎn)的效率和是否能抗裂等方面是否合格。Q690D鋼板抗拉強(qiáng)度σb為770～940MPa，屈服強(qiáng)度σs≥690MPa，選用ф1.2mm的ER80-G高強(qiáng)焊絲，其中σb≥800MPa，強(qiáng)度與Q690D相匹配。焊絲中含有較高的鎳、鉬元素，焊縫金屬具有優(yōu)良的力學(xué)性能。焊絲的化學(xué)成分見(jiàn)表2、力學(xué)性能見(jiàn)表3。
1.3 保護(hù)氣體的選擇 保護(hù)氣體的組成將影響材料從熔化的電極過(guò)渡到焊縫熔池的過(guò)程及飛濺的產(chǎn)生，它還會(huì)影響焊縫表面成型、幾何尺寸，焊接速度，抗氣孔性，合金燒損，焊縫表面氧化物的形成。焊縫成形如果不良就會(huì)使得CO2氣體保護(hù)焊具有較大的出入，還會(huì)造成熔深大、氧化性較強(qiáng)等缺點(diǎn)；選用Ar80%+CO220%混合氣，可以很好地克服單純CO2氣體保護(hù)焊接時(shí)的不足；在優(yōu)化熔滴的過(guò)渡形式時(shí)，要加強(qiáng)多層焊道間的融合度，這樣可以提高焊件的焊接質(zhì)量。
1.4 焊前預(yù)熱及焊接熱輸入的控制 Q690D高強(qiáng)鋼焊接具有熱裂紋、冷裂紋、淬硬傾向及氫致裂紋敏感性強(qiáng)等主要特點(diǎn)。碳當(dāng)量是判斷焊接性最簡(jiǎn)便的方法之一。Q690碳當(dāng)量計(jì)算：CE=C+Mn/20+Si/30+Ni/6O+Cr/20+M0/15+V/10+5B=0.548%。從碳當(dāng)量可看出，焊接時(shí)有明顯的淬硬傾向。因此焊接時(shí)，需較小的熱輸入，同時(shí)，氫致裂紋是低合金結(jié)構(gòu)鋼焊接接頭最危險(xiǎn)的缺陷，需要采取適當(dāng)預(yù)熱，控制線能量等工藝措施。預(yù)熱是防止低合金高強(qiáng)度鋼焊接氫致裂紋產(chǎn)生的有效措施。由于支架結(jié)構(gòu)件板材較厚，強(qiáng)度級(jí)別較高，為保證受熱均勻，部件裝配、點(diǎn)組后，應(yīng)采取整體預(yù)熱方式進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度為200～250℃。預(yù)熱后及時(shí)進(jìn)行焊接，焊接時(shí)層間溫度控制在130～150℃。焊接熱輸入的變化將改變焊接冷卻速度，從而影響焊縫金屬及熱影響區(qū)的組織組成，并最終影響焊接接頭的力學(xué)性能及抗裂性。為了獲得良好的焊縫金屬組織，在試驗(yàn)中我們確定焊接參數(shù)為φ1.2mm實(shí)芯焊絲，①打底焊接電流上限為230A±10A，電壓26～27v，焊縫大小為4～6mm。②中間填充層焊接電流上限為240±10A，電壓28～30v；③蓋面層焊接電流上限為240±10A，電壓29～31v；④焊接速度290-320mm/min；氣體流量15～20L/min；干伸長(zhǎng)10～15mm。
1.5 如何處理焊接后打磨 由于很多支架結(jié)構(gòu)件板比較厚，焊接殘余應(yīng)力比較大，所以打磨時(shí)工作環(huán)境惡劣，承載力負(fù)荷較大，因此就需要進(jìn)行熱處理。待焊接熱處理的溫度低于鋼的溫度后，就要回爐，同時(shí)還要避免回火造成的脆性，影響熱化溫度的敏感區(qū)間的溫度在500～600℃，等到溫度降低后，Q690結(jié)構(gòu)鋼焊接后應(yīng)進(jìn)行500～550℃回火處理。為了消除應(yīng)力的效果，就要將整體工件放入爐內(nèi)加熱，采取整體處理，提高公司生產(chǎn)效率。批量處理時(shí)應(yīng)兼顧生產(chǎn)效率及工件受熱的均勻性，以保證熱處理質(zhì)量，熱處理后焊縫表面及工件表面的飛濺物應(yīng)打磨清理。
2 焊接試驗(yàn)及生產(chǎn)應(yīng)用
車架為箱型梁，大部分是角焊縫和單V形坡口焊縫，我們做試驗(yàn)以單V形坡口對(duì)接焊縫進(jìn)行焊接工藝性試驗(yàn)。試件組對(duì)尺寸如圖1。試件組對(duì)留2～3mm間隙，焊縫主要集中在鋼板的一側(cè)，組對(duì)時(shí)，應(yīng)預(yù)先設(shè)定2mm反變形量，在試件兩端點(diǎn)固。用火焰加熱的方法對(duì)試件進(jìn)行預(yù)熱。注意預(yù)熱時(shí)不能只加熱焊道位置，應(yīng)對(duì)試件進(jìn)行均勻加熱，保證焊接過(guò)程中溫度的穩(wěn)定變化。每層焊接完后，應(yīng)對(duì)焊縫進(jìn)行清理。正面焊完后，反面清根，將焊縫焊滿。焊接層道見(jiàn)圖2。試件焊后，應(yīng)按照制定的焊后熱處理方式進(jìn)行處理。加熱至520±10℃，保溫2小時(shí)后隨爐冷卻。冷卻后進(jìn)行無(wú)損UT檢測(cè)。按照焊接工藝評(píng)定ISO15614標(biāo)準(zhǔn)要求制備拉伸、沖擊試驗(yàn)，按照標(biāo)準(zhǔn)要求對(duì)試樣進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。
根據(jù)表4數(shù)據(jù)分析，采用預(yù)定的工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)
Q690D鋼板焊接，能滿足焊接性能要求。
3 結(jié)論
為保證結(jié)構(gòu)件的焊接質(zhì)量，在車架和液壓支架焊接時(shí)必須結(jié)合母材Q690D的性能特點(diǎn)，制訂工藝時(shí)必須考慮下列工藝措施。①板材切割面的氧化渣在焊接前必須清除干凈。②采用小的熱輸入，多層多道焊，有利于細(xì)化晶粒，提高韌性。為避免焊后冷裂紋的發(fā)生，應(yīng)嚴(yán)格控制焊接前的預(yù)熱溫度和焊接過(guò)程中的層間溫度。焊后應(yīng)進(jìn)行熱處理。③為保證焊接過(guò)程的低氫條件，定位焊焊絲應(yīng)進(jìn)行脫脂，保護(hù)氣體應(yīng)進(jìn)行干燥處理。④熱處理后焊縫表面及工件表面的飛濺物應(yīng)打磨清理干凈。