液压支架结构件低合金高强度钢板（Q690）焊接工艺研究-.pdf

液压 支架结构件 低合金 高 强度 钢板 Q6 9 0焊接工 艺研 究 铁法煤业集团机械制造有限责任公司 辽宁铁岭1 1 2 7 0 0 高明霞张明达 【 摘要】 拟定了Q 6 9 o钢板的焊接工艺， 并成功应用于液压支架结构件的生产。 液压支架结构件主要材料为低合金结构钢板。近年 来，随着液压支架工作阻力的逐步提高和减轻自重的需 求，液压支架设计上，结构件钢材选用由 Q 3 4 5 5 O公 斤级提高到 Q 4 6 0 6 0 公斤级 、Q 5 5 0 7 O 公斤级 ， 在大工阻支架上开始较多地采用 Q 6 9 0 8 0公斤级钢 板 。 公司到2 0 0 8年末前制造的液压支架结构件钢材强 度等级都在 Q 5 5 0 7 0公斤级以下。Q 6 9 0 8 0公斤 级钢板强度高 ，焊接性能与低强度等级钢材相 比较 差，对焊接条件、焊材、焊接人员的要求高 ，焊后冷脆 性大，焊接应力较难消除。实际生产中，掌握 Q 6 9 0钢 板的焊接工艺成为用此类材料制作液压支架结构件的关 键问题。 焊接过程是结构件制造的特殊 、关键过程 ，不应盲 目 进行，应通过焊接工艺性试验的方法确定焊接参数， 达到焊接要求后，正式投入生产。 1 ．焊接工艺拟定 1 Q 6 9 0钢板的材质及力学性能具体见表 1 。 表1 化学成 分 质量分数 ， ％ C Mn S i P S Ni Cr MO ≤ 0 ． 1 8 1～1 ． 6 ≤0 ． 5 5 ≤ 0 ． O 3 ≤ O ． O3 ≤ 1 ． 5 0 ≤ 1 ． 2 0 ≤O． 6 0 _ 力学性能 屈服强度 抗 拉强度 伸长率 冲击吸收功 ／ MP a ／ MP a ％ ／ J一2 0 o C 6 9 0 7 7 0 ～9 4 0 1 4 4 0 2 焊丝的选择首先要保证焊缝金属的强度 、塑 性和韧性达到产品的技术要求，同时还要考虑抗裂性和 焊接生 产效率 等。Q 6 9 0钢板抗 拉强 度 o r 为 7 7 0～ 9 4 0 MP a ，屈服强度 s ≥6 9 0 MP a ，选用 4 , 1 ． 2 m m 的 G 7 6 高强焊丝，其 7 6 0 MP a ，强度与 Q 6 9 0相匹配。焊丝 的化学成分及力学性 能见表 2 。 表2 化学成 分 质量分数 ， ％ C Mn s i P S Ni C r MO 1 ． 4 ～ O ． 2 ～ 1 ． 9 ～ O ． 2 5 ～ ≤ 0 ． 0 9 ≤O ． 0l ≤ 0 ． 0 l ≤0 ． 5 1 ． 8 0 ． 5 5 2． 6 O ． 5 5 力学性 能 屈服强 度 抗拉强度 伸长率 冲击吸收功 ／ MP a ／ MP a ％ ／ J 一2 0 ℃ 6 6 0～7 4 0 ≥7 6 0 1 4 4 0 3 保护气体的选择选用 8 0 ％A r 2 0 ％C O 混合 气。单纯的 C O 气体保护焊具有飞溅大、焊缝成形不 良、氧化性较强等缺点。A r 属于惰性气体，不溶于液态 金属；电离时电位低，电弧稳定；密度 比空气大 ，热导 率小 、比热容小，保护效果好。故在 C O ， 中加入 A r 可较 好地克服单纯 C O 气体保护焊接时的缺点，优化熔滴的 过渡形式，有效地细化熔滴 、减小飞溅 、加强多层焊道 金属间的熔合度 、 改善焊缝成形质量、控制焊接熔深和 防止夹渣、气孔等各类缺陷的产生，降低高强钢焊接区 产生微裂纹的倾向，从而显著提高焊件的焊接质量，使 焊缝的综合力学性能得到提高。 4 焊接热输入的控制 焊接热输入的变化将改 变焊接冷却速度 ，从而影响焊缝金属及热影响区的组 磊 工 ／]a -r ．塑 堡皇 塑 型 兰 堡 笪 塑 ■ _ WWW． r net a1 wor ki ng 7 9 50． c om I 蚕 銎 目 避整曼 』 织组成，并最终影响焊接接头的力学性能及抗裂性。 为了获得良好的焊缝金属组织，在试验中我们分别采 用不同的焊接电流、电压，根据试验结果确定焊接电 流、电压，保证合理的焊接热输入。拟定的两组试验 数据见表 3 。 表 3两 组试 验 数 据 母材厚度 第一组试验 第二组试验 电流／ A 电压／ V 电流／ A 电压／ v 2 0 2 6 0 4 - 1 0 2 4 2 5 2 8 0 1 0 2 7～2 8 5 预热及焊道层间温度预热可以控制焊接冷却 速度，减少或避免热影响区中淬硬马氏体的产生，减少 热影响区硬度。同时预热还可以降低焊接应力，有助于 氢从焊接接头逸出。因此，预热是防止低合金高强度钢 焊接氢致裂纹产生的有效措施。根据国标中G 7 6焊丝焊 接要求，确定焊前预热温度为 1 5 0 ℃。Z Y 1 0 0 0 0 --2 7 ／ 5 6 D 支架结构件选用的板材为中厚板材，采用多层多道焊 接，为了促进每道焊缝氢逸出，应控制层间温度不低于 预热温度，所以，在焊接过程中，还要保证层问温度为 1 5 0I 5 ℃ 。 6 焊后消应力处理 Q 6 9 O钢板属于低合金高强 度钢，其冷裂纹倾向大，焊后应及时进行消应力处理。 在焊接手册中，强度等级为 4 6 0 M P a的高强钢消应力处 理的温度为 6 0 0～ 6 6 0 ％。但是，通过试验发现，在该温 度回火处理后， 母材强度有降低。为了保证母材的力学 性能不发生变化，同时尽可能消除焊缝应力，确定采用 不完全回火的热处理方法，即实际操作中选择消应力回 火温度为 5 2 0 2 0 ℃。 2 ． 焊接工艺 液压支架结构件焊接，大部分是角焊缝和单 V形坡口 焊缝，我们以单V形坡口焊缝为例进行焊接工艺性试验。 1 坡口形式试件 Q 6 9 o钢板 3 0 0 m m1 5 0 m m 0 m m，坡口处用机械方法加工制备，如图1 所示。 2 焊接参数具体见表4 。 3 试件的焊接及焊后处理试件留 2 m m组对间 隙，焊缝主要集中在钢板的一侧，组对时，应预先设定 2～ 3 m m反变形量，在试件两端点固。用火焰加热的方 法对工件进行预热。注意预热时不能只加热焊道位置， 应对试件进行均匀加热，保证焊接过程中温度的稳定变 2 0 1 0年第 2 0 期焊接与切割 WWW． m et al wor k i n g r 95 0． c om 参磊 工热 加 工 图 l 试件及坡口形式 表 4 焊接参数 臻赣 l 錾壤 l 霪 ≥ 母材厚度 坡 口 电流 电压 气体流量 试验组 ／ m m 形式 ／ A ， 、 ／ L mi n ’ 1组 2 0 鱼 V 2 6 01 0 2 4～2 5 2 0 ～2 2 0 l、0 2 2组 2 0 堕 V 2 8 01 O 2 7～2 8 2 2 ～2 2 03、0 4 焊接速度 焊前预热 层 问温度 焊接 焊后热处理 试验组 ／ c m ‘ m 1 n 温度／ ℃ ／ ℃ 层道 ／ ℃ 1 组 6 5 】 5 O 1 5 O士1 5 3层 7道 5 2 0 2 0 01 、 0 2 2组 7 2 1 5 0 l 5 01 5 3层 7道 5 2 0 2 0 0 3、0 4 化。当温度达到 1 5 O ℃，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问温度。 层问温度不足时， 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。焊接层道见图2 。 图2 焊接层道 ① 一 ⑦为焊接顺序 工件焊后，应按照制定的加热消应力方式进行处 理。加热至 5 2 02 0 o C，保温一定时间后空冷。 4 力学性能试验在试验前用射线对试件焊缝进 行无损探伤，记录无损探伤试验结果。1 组 0 2试件缺陷 超标，弃用。按照标准要求制备拉伸、冲击试验，按照 标准要求对试样进行力学性能试验，试验结果见表5 。 表 5力学试验结果 血豳 拉伸试验 试 验标准号 GB 2 2 8 --2 0 0 2 试样 试验 试验拉 力 O “S O “ b 断裂特点 试样 号 备注 宽度 厚度 温度 ／ k N ／ MP a ／ MP a ％ 和部位 O 1 ． 2 2 0 1 0 O 1 5 7 7 8 5 7 4 0 1 4 O 1 0 2 0 1 0 0 l 5 9 7 9 0 7 4 0 l 6 _ 单 V坡 口 0 3 ． 2 2 O ． 7 1 0 0 1 7 3 8 3 6 7 4 5 1 5 ． 2 斜面坡 口侧 0 3 0 2 O ． 7 1 0 O l 6 5 7 9 7 7 4 0 保 留变形 ，未拉断 2 0 3 0 ra m处 0 4． 2 2 0 l 0 0 l 5 4 7 7 0 7 4 0 1 4 0 4 - 3 2 0 1 0 0 1 5 4 7 7 0 7 4 0 保 留变形 ，未拉断 冲击试验 试验标准号 G B 2 1 0 6 试验温度 试样 尺寸 缺 口 冲击吸收功 试样号 ／ ℃ 形式 位置 ／ J O 1 - 5 2 O 1 01 O 5 O 夏比 焊缝中部 4 2 0 3 _ 5 2 0 1 0 Xl O5 O 夏 比 焊缝中部 4 0 0 4 - 5 2 0 1 0l 0 5 0 夏比 焊缝中部 4 1 5 试验结论 采用 以上两组 焊接参数 ，实 现 Q 6 9 o钢板焊接，都能满足焊接性能要求。在实际生 产过程中，为了提高劳动效率 ，我们通常选择第 2组 参数。但是 ，若工件为扁平或条形的极易变形箱体结 构，为了保证焊后工件整体形状，应选用第一组焊接 参数。 上接第4 8页 纹产生的关键。 首先，焊前要进行预处理。焊前应消除焊件、焊丝 表面杂质，如油污、铁锈、灰尘、夹碳和氧化膜等，还 应烘干焊条，去除焊件、电极表面水分，使焊件 、焊条 保持低氧状态。通过焊前清理降低焊缝中氧及杂质的含 量。焊前预热在厚钢板焊接前，母材预热 5 0～1 O 0 ℃。 其次，改 进 操 作 方 法。改 用 E 4 3 1 5或 E 4 3 1 6 ， b 3 ． 2 ram焊条，电流 1 8 01 9 0 A施焊。温度逐步变化， 降低温差，这样熔池结晶冷却速度慢，热应力小，则可 避免裂纹的产生。原采用的直线形运条方法易使熔池窄 而深，终端收弧过快，会出现凹陷弧坑，这些都是引起 裂纹产生的原因。为此，我们改直线形运条为锯齿形或 月牙形运条，以增加熔池宽度。另外，收弧时要缓慢， 并回焊一段以填满终端弧坑，达到改变焊缝形状，避免 产生裂纹的目的。 3 ．结语 厚度为2 0 m m的 Q 6 9 0低合金高强钢板，单侧 V形坡 15 1 ，采用 8 0 ％A r 2 0 ％C O 气体保护焊，在预热 1 5 0 ℃条 件下使用G 7 6焊丝进行焊接，电流在2 5 0 2 9 0 A，控制好 层间温度，掌握好焊接方法，都能够获得韧性较高、抗 裂性较强的焊缝金属组织。MW 2 0 1 0 0 5 0 5 3 ．结语 通过采取上述焊条、焊接结构及焊接工艺等几个工 艺措施改进后 ，进行焊接获得试制产品，并对其进行探 伤，再没有出现裂纹。并对其各项性能进行试验和工作 检验，其各项性能均满足能正常工作要求，取得了较好 效果。 综上可得，首先气缸底盖焊接时，焊条质量不合 格，c 、S 、P含量过高是产生热裂纹的主要原因，同时 也与钢板中c、s 、P含量略高，且 S 、P分布不均匀有 关。其次，焊接工艺不当也是产生裂纹的主要原因之 一 。焊前清理 、预热，以及操作方法的改进有效的降低 了裂纹的产生的可能性。 实践证明，气缸底盖的焊接裂纹是一种热裂纹，原 材料的成 分及 焊接工 艺不 当是 产 生裂 纹 的主要 影 响因 素，因此 ，采用合适的焊条和制定合理的焊接参数是预 防裂纹产生的关键。MW 2 0 1 0 0 8 0 1 参磊 工热 加 工 竖 壁 塑 型兰 至 箜 塑_ WWW， met al wor ki ng1 9 50 ．c o rn