礦用重工車架及液壓支架Q690D高強鋼焊接工藝應(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，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)開始較多的用Q690D。Q690D鋼板強度高，焊接性能與Q345B比起來效果較差，對焊接條件、焊材和焊接人員的要求比較高，而且碳量過高造成焊接冷卻后脆性比較大。在實際焊接過程中，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鋼板抗拉強度σb為770～940MPa，屈服強度σs≥690MPa，選用ф1.2mm的ER80-G高強焊絲，其中σb≥800MPa，強度與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)成分見表2、力學(xué)性能見表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渡到焊縫熔池的過程及飛濺的產(chǎn)生，它還會影響焊縫表面成型、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使得CO2氣體保護(hù)焊具有較大的出入，還會造成熔深大、氧化性較強等缺點；選用Ar80%+CO220%混合氣，可以很好地克服單純CO2氣體保護(hù)焊接時的不足；在優(yōu)化熔滴的過渡形式時，要加強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高強鋼焊接具有熱裂紋、冷裂紋、淬硬傾向及氫致裂紋敏感性強等主要特點。碳當(dāng)量是判斷焊接性最簡便的方法之一。Q690碳當(dāng)量計算：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，焊接時有明顯的淬硬傾向。因此焊接時，需較小的熱輸入，同時，氫致裂紋是低合金結(jié)構(gòu)鋼焊接接頭最危險的缺陷，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，強度級別較高，為保證受熱均勻，部件裝配、點組后，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)熱后及時進(jìn)行焊接，焊接時層間溫度控制在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，在試驗中我們確定焊接參數(shù)為φ1.2mm實芯焊絲，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，我們做試驗以單V形坡口對接焊縫進(jìn)行焊接工藝性試驗。試件組對尺寸如圖1。試件組對留2～3mm間隙，焊縫主要集中在鋼板的一側(cè)，組對時，應(yīng)預(yù)先設(shè)定2mm反變形量，在試件兩端點固。用火焰加熱的方法對試件進(jìn)行預(yù)熱。注意預(yù)熱時不能只加熱焊道位置，應(yīng)對試件進(jìn)行均勻加熱，保證焊接過程中溫度的穩(wěn)定變化。每層焊接完后，應(yīng)對焊縫進(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小時后隨爐冷卻。冷卻后進(jìn)行無損UT檢測。按照焊接工藝評定ISO15614標(biāo)準(zhǔn)要求制備拉伸、沖擊試驗，按照標(biāo)準(zhǔn)要求對試樣進(jìn)行力學(xué)性能試驗，試驗結(jié)果見表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必須結(jié)合母材Q690D的性能特點，制訂工藝時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)熱溫度和焊接過程中的層間溫度。焊后應(yīng)進(jìn)行熱處理。③為保證焊接過程的低氫條件，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。