Q690高强板在液压支架中的焊接工艺研究及应用.pdf

煤矿 现代化 2 0 1 5 年第4 期 总第1 2 7 期 Q 6 9 o高强板在液压支架中的焊接工艺研究及应用 史 莉 山西省霍州煤电集团鑫钜煤机研究所， 山西 霍州 0 3 1 4 1 2 摘要 为了进一步满足煤矿产业的生产需求 ， 保证煤矿综栗工作面的安全性以及稳定性 ， 提 高液压 支架的生产适应性对于液压支架生产研 究与制造是一个关键性 的问题。 现阶段 ， 为提 高液压 支架的承 载能力及适应能力， Q 6 9 o低合金高强度合金板在液压支架的生产制造中得到 了广泛的应用，但 由于 该材料在焊接工艺中具有一定的淬裂倾向， 因而在焊接方法选择、 焊接材料选择、 焊接工艺参数设置 等方面需进行严格控制。本文将具体分析 Q 6 9 o高强板的焊接性能， 并基于现阶段 Q 6 9 o高强板焊接 工艺的研究现状， 结合 自身的工作经验 ， 提 出保证 Q 6 9 o高强板焊接接 头完好的工艺技巧。 关键词Q 6 9 o高强板 ； 液压支架； 焊接工艺； 研究 中图分类号 T G1 4 4 文献标志码 B 文章编号 1 0 0 9 0 7 9 7 2 0 1 5 0 4 0 1 5 0 0 3 液压支架是煤 矿长壁开采 工作面的主要设备之 一 ，其对于采煤工作面顶板起着重要的支撑作用， 是 煤矿高效 、 安全生产的重要保证。液压支架在煤矿生 产中承受着动 、 静载荷的作用 ， 且处于恶劣的工作环 境 ，这就要求液压支架需要具备较高的结构稳定性 、 高强度、 高灵活性， 以能够满足高产、 高效矿井建设的 发展需求。近期 ， 霍州煤电鑫钜煤机研究所承接了某 煤矿液压支架 的设计任务 ， 该液压支架属大型高端液 压支架 ， 其支护高度需要达到 5 ． 5 m以上 ， 根据设计要 求 ， 为提高液压支架的强度 、 使用寿命以及轻便性 ， 大 部分部件需要采用 Q 6 9 0高强板 ，基于 Q 6 9 0钢板 自 身具有一定淬硬性，在焊接过程中容易出现冷裂， 因 而需要对 Q 6 9 O高强板 的焊接性 能以及焊接 工艺进 行深入研究， 以保证液压支架的质量及使用性能。 1 Q 6 9 o高强板 焊接性能 的分 析 根据测算， Q 6 9 O高强板的冷裂纹敏感系数高达 o ． 4 7 ％， 抗拉强度能够达到 7 7 0～9 4 0 。焊接过程 中的 主要问题在于焊接热影响区金属组织与性能 的变化 对焊接热输入较敏感， 有较强的氢致裂纹敏感性 ， 具 有一定的淬硬倾 向，在焊接过程 中如果焊接热度较 高 ， 就会导致焊接区域脆化 ， 导致板的塑性及韧性下 降 ， 进而产生冷裂纹 ， 因而在焊接过程 中要严格控制 热输入量 ， 以避免裂纹对焊接接头的影响 。同时 ， 焊 接环境要选择低氢 环境 ，要对 焊接材料进行脱脂处 理及干燥处理以确保将氢含量降到最低，以防止氢 方的冲突较少 ， 因此也易于管理 。作为建设方 ， 要重 点做好两方面工作 一是对于服务周期长的工程 、 矿 井重点工程、隐蔽工程、水文地质条件变化大的工 程 ， 建设方要督促承包方及时完善该部分资料 ； 二是 对存在索赔的工程 ， 建设方要及时收集相关资料 ， 尽 量减少索赔 ， 这也是投资控制的一个内容。 3 ． 3 协调 协调分为内部协调和外部协调。内部协调是指 承包方 自身项 目管理间的协调 ；外部协调是指承包 方与建设方相关单位的协调。 合 同中应约定承包方必须在总体上服从建设方 的总协调 ， 在此前提下进行 自身的内部协调 。 而在总 协调时， 作为建设方要本着公平 、 公正的态度进行， 避免 出现关系紧张的局面。同时 ， 建设方在协调时一 定要高度重视 ， 权衡利弊 ， 避免 由于 自己协调不力而 导致承包方提出索赔 ， 这也正是协调的难点所在。 4 结束语 1 5 0‘ 综上所述，在结合了生产矿井和基建矿井管理 的基础上，对生产矿井中对承包单位的管理模式和 管理内容进行了探索。但如何能更好 的实施对生产 矿井中的承包单位的管理 ，还需要在实践 中进行不 断的总结和完善。 参考文献 『 1 ]张家勋． 矿山监理相关知识与实务．天津大学出版社 ， 20 09． [ 2 】王素卿． 建设工程项 目管理． 中国建筑工业 出版社 ， 2 0 0 9 ． 作者简介 中瑞龙 1 9 7 5 ． 3 一 ， 男， 毕业于太原理工大学采矿工程专 业， 长平公司建设中心主任科员， 采煤工程师。 收稿 日期 2 0 1 5 6 1 7 煤矿 现代化 2 0 1 5 年第4 期 总第1 2 7 期 致裂纹对板焊接质量 的影响 ，一般来说 ， Q 6 9 O高强 板的焊接方式多选择二氧化碳气体保护焊。 2 在液压 支架 中焊接 工艺 的研 究现状 现阶段 ， 针对 Q 6 9 0高强板焊接工艺研究文献较 多 ，针对 Q 6 9 o高强板在液压支 架中焊接工艺的研 究， 主要涉及焊丝、 焊接工艺参数、 焊接操作方法的 选择等等。结合 自身的工作经验 ， 对 Q 6 9 0高强板在 液压支架中焊接工艺研究如下。 1 焊接气体的选择 。为保证 Q 6 9 o高强板 的焊 接性能 ，目前一般都选择二氧化碳和氩气的混合气 作为焊接气体， 其中二氧化碳为 2 0 ％， 氩气为 8 0 ％。 选择这种混合气 体可以保证 焊缝成形的规范性 ， 且 具有一定的抗氧化作用 。 氩气属于隋性气体 ， 主要特 点是不会与液态金属发生烟花作用 ，同时其密度要 比空气大 、 热导率也 比较低 、 在焊接过程 中对焊缝 能 够起到一定的保护作用。采用二氧化碳和氩气混合 气体作为主要焊接气体， 可以有效的细化焊接熔滴， 减少熔滴飞溅 ，也能够进一步提高多层焊道金属 间 的熔合度 ， 同时能够有效的控制焊接熔深 ， 防止焊缝 处 出现气孔 、 夹渣的质量缺陷 ， 同时也 能够有效降低 低合金高强板焊接区产生裂纹的倾向，有效的保证 焊件 的焊接质量 ， 提升焊缝的综合力学性能。 2 焊丝的选择 。为了使 Q 6 9 0高强板焊接接头 具有优 良的力学性能 ， 焊丝匹配应该严格遵守“ 等强 匹配” 或者“ 超强匹配的原则 ” ， 在液压支架实际应用 中发现 ， 按 照“ 等强 匹配” 的原则来选择 ， 液压支架仍 旧容易出现焊缝 开裂的情况 ，也就是说焊丝 的抗拉 强度要高于母材的抗拉强度 。 但 Q 6 9 0高强板属于低 合金高强板 ，在焊接过程中容易 出现冷裂纹和淬硬 组织 ， 为此 ， 我们进行 了大量 的实验研究 ， 并且结合 了液压支架实际应用的环境，其主要承受的是扭曲 力 ， 发现对于低合金高强板来说 ， 增强焊缝接头的韧 性 ， 对焊接接头更有利 ， 因此一般会选择略低 于焊接 材料强度的焊丝， 根据焊接工艺要求 ， 焊接之前要保 证焊丝干燥 。本文中所选的焊丝为山东索力得焊材 有限公 司生产的 S L D 一 8 0气体保护焊丝进行焊接 。 3 焊接热输入量的选择。焊接热输入量 的变化 会直接影 响到焊缝的冷却速度 ，从而对热影响区金 属金相组织 的变化造成一定的影 响 ，同时会进一步 影响到焊缝技术的拉伸性能 以及焊接接头的冲击性 能。焊接热输人量过高，焊缝金属强度就会有所下 降 ， 金属的延伸率会得到一定 的提升 ， 但这其中的变 化幅度处于可控范围内；热输入量 的变化对于焊接 接头焊缝金属的冲击性能具有较大的影响，焊接热 输 入量 的提高会 直接造 成焊 接金属 冲击韧性 的下 降 ， 变动幅度偏大。因此为了保证 Q 6 9 O高强板在焊 接过程 中具有 良好 的焊接力学性能 ， 在采用 S L D 一 8 0 气体保护焊丝进行施焊时 ，对于焊接热输人量要进 行科学化控制 ， 提高焊缝的冷却周期 ， 进而有效 的降 低热影响区的淬硬倾向 ， 并且有利于氢的消除 ， 达到 防止裂纹产生 的目的。当然 ， 为了保证焊接热输入量 选择的适宜性 ， 首先要进行相关 的试验 ， 试验中我们 分别采用不 同的焊接电流 、 电压 ， 根据试验结果确定 焊接电流、 电压对焊接的热输入量数值进行确定。 4 焊接坡 口的设计及加工。根据液压支架的设 计要求 ， 以及 Q 6 9 o高强板 的焊接性能 ， 我们在 焊接 过程 中将焊接坡 口制造成 V形 ，如果对焊接连接件 进行双边开 口， 两边分别开 3 0 。的焊接角， 如果单边 开 口， 则可以单边开角 4 5 。。坡 口加工过程 中， 其宽 度 和深度 的公差分别为 、 o到 2 m m。 通常 ， 焊接坡 口 的制造采用气割的方式 ， 加工完成后 ， 需要去除焊渣 和焊 口表面的氧化皮 ， 坡 口需要打磨光滑 ， 以保证后 续焊接工序的完善 。 5 预热及焊道 间温度 的控制 。 对液压支架进行 焊接之前 ， 首先要对各组件进行点焊组对 ， 并且按照 工艺要求进行相应的预热工序 ，在本次液压支架制 造中， 我们将 Q 6 9 0 高强板的预热温度设置为 1 7 0 ％ ～ 2 0 0 c iC ， 预热温度基本确定之后， 还需根据下列情 况做出适 当调整 ① 当施焊环境温度较低时 ， 预热温 度要适当提高； ②采用低氢的焊接方法时， 其预热温 度可适当降低； ③采用低强匹配的焊接材料焊接时， 也可 以降低预热温度 ；④坡 口根部所造成的应力集 中显著增大时， 其预热温度就应适 当提高 。 适 当的预 热措施可 以有效的控制焊缝 的冷却速度 ，有效 的避 免焊接热影响区出现淬硬马氏体 ，降低热影响区的 硬度 ，同时进行预热也可以消除或降低焊件 内存 留 的应力， 有利于焊接接头中氢的消除， 因此预热在低 合金高强度钢的焊接工序中起到 了一定的作用。此 外 。 焊缝层问温度 的提高 ， 会直接影响到焊接接头焊 缝金属的抗拉强度和屈服强度 ，因而需要进行严格 控制 。 研究表明 ， 焊缝层问温度为 2 5 0 C c 时 ， 焊缝金属 抗拉强度低于焊接技术要求 ，但焊缝层间温度的变 动对于焊接接头冲击韧性的影响效果不大 ，当焊道 温度控制在 1 0 0 ～2 】 【 ℃之间时，焊接接头焊缝金 属及热影 响区的 A K V 一 2 0 均保持在一个较高的水 平上 。 综合考虑焊接接头的拉伸及冲击性能 ， 保证每 一 道焊缝间氢的消除，焊接时焊道问温度应控制在 1 5 0 ℃ 一2 0 0 ℃比较合适。 6 施焊过程 中环境温度 的控制 。一般来说 ， 液 压支架生产制造环境对于焊接质量也有一定的影 响。寒冷地 区， 早晚温差较大 ， 为了保证焊接质量 ， 防 1 51 ． 煤矿 现代化 2 0 1 5 年第4 期 总第1 2 7 期 止延迟裂纹 、 结晶热裂纹 的出现 ， 对焊接工艺作业环 境问题进行 了深入的探索。在焊接类 工艺文件 中对 于焊接作业环境温度的要求为大于 5 ℃。同时， 对于 风沙天气较多的地区 ， 施焊时要注意防风 、 避风 。 7 焊接工序完成后 的热处理工序 。Q 6 9 0钢属 于低合金高强板， 具有一定的淬硬倾向， 金属内部容 易存在有害的焊接应力及氢 ，因而焊后应进行必要 的热处理工艺可 以有效 的消除应力并 防止冷裂纹 的 出现。试验表明， 焊后热处理对于焊接接头冲击韧性 的影响较为显著，但是对焊接接头焊缝金属的抗拉 强度没有 明显 的影响。对于 Q 6 9 0高强板来说 ， 焊后 一 般会采用 2 5 0 o 【～3 0 0 2 ， 进行保温 ， 保 温 2小时后 以达到消氢的 目的，这个温度范围对于焊接接头焊 缝的冲击韧性影响不大 ，但 如果按照相关 的焊接工 艺文件， 焊接后要采用 5 8 0 C 保温 2 小时消除焊接应 力 ，此时对于焊接接头的冲击韧性影响效果较为明 显。 研究表明， 采用 5 8 0 ℃保温 2小时后 ， 会直接导致 焊接热影响区域 内某些碳氮化合物 的析出而影响焊 接接头的冲击韧性， 得出结论， 焊接完成后施加一定 的温度进行消氢处理 ，对焊接接头力学性能无 明显 影响 ，但如果采取相应 的措施提高温度消除其 内部 的焊接应力则会降低焊接接头的冲击韧性 ， 因此 ， 焊 接完成后的热处理工艺应在工艺人员的指导下严格 进行， 以满足液压支架对高强度结构的焊接要求。 8 焊接过程中注意事项 。①在施焊之前 ， 为保 证焊接质量 ，要对焊缝坡 口及两侧约 2 c m 的范围内 进行清洗 、 除锈 、 并清除一些油污 、 水等杂质 ， 同时要 保证 已清理好的焊缝坡 口不会被二次污染 ；②施焊 之前要对焊条进行烘干处理 ，禁止使用未经烘干处 理的焊条或焊剂 ，在焊接过程 中遇到潮湿环境必要 时要配置焊条保温简； ③控制装配质量， 避免连接焊 件之间出现过大的错边或者装配 间隙 ，金属 间达不 到 良好的熔合 ，以防止焊缝 中出现夹渣和气孔等缺 陷， 这些缺陷可能会增加裂纹倾 向； ④ 采用预定的焊 接电流、 电压及焊接速度进行焊接， 注意焊接过程中 要保证层间温度 。层 间温度不足时 ， 应继续加热 ， 层 间温度过高时，等温度降低到标准时才允许焊接下 道焊缝 。每层焊接完后 ， 应对焊缝进行清理 ， 去除焊 丝镀铜残留等。 正面焊完后， 反面清根， 将焊缝焊满 ； ⑤确保焊接的质量。对于一些重要的焊接结构件 ， 要 严格执行焊工持证上岗制度 ，按照工艺规程操作 ， 防 止产生夹渣 、 咬边 、 气孑 L 、 未焊透等焊接工艺缺陷 ， 这 些缺陷处成为氢 的聚集场所 ， 从而增大裂纹倾 向。 3 总 结 总的来说 ， Q 6 9 0高强板 的焊接性能较好 ，虽然 在焊 接过程 中如果控制不好相关 的焊接工艺参 数 ， 容易 出现冷裂纹倾 向，但根据该板材质 的特点以及 焊接 问题 ， 具有针对性的选择焊丝材料 、 焊接热输入 量 、 预热温度 、 热处理温度等 ， 可以在保证 焊接接头 力学性能的基础上完成焊接工序。 参考文献 【 l 】王耀， 李志勇． 焊接工艺制定及评定系统[ J ] ． 电焊机 ， 2 0 1 0 O 4 5 2 5 6 ． [ 2 】金鹏， 魏金山， 杜全斌， 于德润， 赵旭， 金青林． 液压支架用 Q 6 9 0高强钢焊接接 头的强韧性 匹配[ J 】 ． 热加工工 艺， 2 0 1 3 1 7 1 9 2 1 9 5 ． 3 ] 蔺云峰． Q 6 9 0高强度钢板焊接工艺分析『 J 】 ． 山西科技， 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r t tha t i mp r o v e t h e p r o d u c t i v e a d a p t a b i l i t y o f h y d r a u l i c s u p p o r t ． A t p r e s e n t s t a g e ， i n o r d e r t o i m p r o v e the c a r r y i n g c a p a c i t y a n d a d a p t a b i l i t y o f h y d r a u l i c s u p p o rt ， t h e Q 6 9 0 l o w al l o y e d a n d h i g h s t r e n g t h a l l o y p l a t e wa s wi l d u s e d i n ma k i n g h y d r a u l i c s u p p o rt． Ho w e v e r t h i s k i n d o f ma t e ri a l h a v e h ard e n i n g c r a c k t e n d e n c y wh e n w e l d ， t h e r e f o r e ， t h e s e l e c t i o n o f w e l d m e a s u r e ， m a t e ri a l a n d p a r a m e t e r s a r e h a v e s t ri c t c ri t e ri o n ．T h i s t h e s i s w i l l a n al y s i s w e l d p e r f o r m a n c e of Q 6 9 0 h i g h s t r e n gth p l a t e ， a l s o b a s e d o n t h e w e l d t e c h n i q u e o f Q 6 9 0 at t h i s s t a g e c o m b i n e w i t h t h e m y o w n w o r k i n g e x p e ri e n c e ， r a i s e a w e l d t e c h n i q u e t o e n s u r e t h e Q 6 9 0 h i g h s t r e n gt h p l a t e w i t h o u t d a ma g e o f t h e j o i n t w h e n w e l d ． Ke y Wo r d s Q 6 9 0 h i g h s t r e n gt h p l at e ， h y d r a u l i c s u p p o r t ， w e l d t e c h n i q u e ， r e s e a r c h 1 52