ZG34CrNiMo與Q345D低合金鋼的焊接工藝

孫 壯

(天津重鋼機(jī)械裝備股份有限公司，天津300459)

作者簡介：孫壯(1989—)，畢業(yè)于河北科技大學(xué)焊接專業(yè)，現(xiàn)從事焊接工藝研究。

排土機(jī)是在露天礦開采或土石方工程作業(yè)中將帶式輸送機(jī)系統(tǒng)運(yùn)送過來的表土或剝離物排放于排土場的主要設(shè)備，借助履帶行走機(jī)構(gòu)可以自由行走。履帶行走機(jī)構(gòu)的鏈節(jié)部分是由鑄鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼焊接而成的。由于是異種材料焊接，其化學(xué)成分和力學(xué)性能相差很大，焊接難度較高，焊后容易產(chǎn)生氣孔、裂紋等缺陷。如果焊縫由于焊接缺陷發(fā)生斷裂，將會直接影響整臺產(chǎn)品的運(yùn)行，并造成相當(dāng)大的質(zhì)量事故。因此，如何合理編制鏈節(jié)部分的鑄鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接工藝是排土機(jī)制造過程中的一道關(guān)鍵工序。

1 試驗(yàn)材料及設(shè)備

1.1 試驗(yàn)材料

本次試驗(yàn)采用低合金結(jié)構(gòu)鋼Q345D與鑄鋼ZG34CrNiMo組對焊接。Q345D具有強(qiáng)度高、塑性好、耐低溫等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于起重機(jī)械、礦山機(jī)械、橋梁等承受動載荷的大型結(jié)構(gòu)件。而ZG34CrNiMo由于其含碳量較高，因此具有較高的強(qiáng)度而塑性偏差。由于含有Mn、Cr、Ni、Mo元素增加其耐磨性和抗腐蝕性，主要應(yīng)用于礦山機(jī)械、工程機(jī)械的耐磨零件。兩種母材的化學(xué)成分和力學(xué)性能見表1和表2。

表1 試驗(yàn)材料的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 1 Chemical composition of test material (mass fraction，%)

表2 試驗(yàn)材料的力學(xué)性能Table 2 Mechanical properties of test material

1.2 焊接材料

焊材的選擇主要根據(jù)母材的力學(xué)性能和化學(xué)成分采用等強(qiáng)度匹配和等化學(xué)成分匹配，因此選擇高強(qiáng)鋼藥芯焊絲THY-602Ni。該焊絲強(qiáng)度和化學(xué)成分均可滿足母材要求，而且可進(jìn)行全位置焊接，具有焊縫成型美觀、飛濺小、脫渣容易等優(yōu)點(diǎn)。采用直流反接，可用于要求沖擊特性的場合。THY-602Ni焊絲的化學(xué)成分和力學(xué)性能見表3和表4。

1.3 焊接設(shè)備

試驗(yàn)使用焊機(jī)型號為KR2-500 晶閘管控制CO2/MAG焊機(jī)，可滿足CO2/MAG短路過渡及射流過度的電弧動特性工藝要求。具有過熱保護(hù)、欠壓保護(hù)、輸出過流保護(hù)等功能。詳細(xì)的額定規(guī)格見表5。

圖1 焊接接頭及坡口形式Figure 1 Shape of welding joint and groove

2 試驗(yàn)方法及工藝

2.1 焊前準(zhǔn)備

2.1.1 試件的準(zhǔn)備

本次試驗(yàn)采用一塊345D鋼板和一塊ZG34CrNiMo鋼板進(jìn)行對接，并在后面加上4 mm×40 mm×400 mm的Q345D鋼襯墊。

2.1.2 焊接接頭及坡口形式

本試驗(yàn)根據(jù)實(shí)際產(chǎn)品而特定制作的接頭類型是采用兩板對接并且在較薄一側(cè)背面加襯墊，為了保證全熔透要選用適當(dāng)?shù)拈g隙、鈍邊和坡口角度。焊接接頭及坡口參數(shù)見表6，形式如圖1。

2.1.3 焊前清理

焊接前要將需要焊接的坡口處及附近10 mm范圍內(nèi)打磨干凈，防止油污、油漆、記號等污物在焊接過程中進(jìn)入焊縫內(nèi)，導(dǎo)致焊接缺陷的產(chǎn)生，影響焊接質(zhì)量。

2.2 焊接方法

采用藥芯焊絲氣體保護(hù)焊施焊。藥芯焊絲由于含有藥芯，在焊接時(shí)形成熔渣同時(shí)又有CO2氣體保護(hù)，達(dá)到渣氣聯(lián)合保護(hù)，因此產(chǎn)生缺陷的概率偏小，適于在惡劣條件下進(jìn)行焊接，且焊后成型美觀，具有較高的焊接效率等。另外需要注意的是由于母材較厚，焊接時(shí)采用多道多層焊接，每焊完一道焊縫必須要將熔渣、飛濺等清理干凈，才能繼續(xù)焊下一層。

2.3 焊接工藝

2.3.1 焊前預(yù)熱

由于焊接周圍環(huán)境溫度過低，而鑄鋼的碳當(dāng)量偏高，有很大的淬硬性，焊接時(shí)容易產(chǎn)生冷裂紋，因此焊前需要預(yù)熱溫度至200～300℃，這樣可以改變組織性能并且消除一些擴(kuò)散氫，減少冷裂紋的產(chǎn)生。

2.3.2 焊接工藝參數(shù)

焊接工藝參數(shù)詳見表7。

表3 焊接材料的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 3 Chemical composition of welding material (mass fraction，%)

表4 焊接材料的力學(xué)性能Table 4 Mechanical properties of welding material

表5 焊機(jī)額定規(guī)格Table 5 Rated specifications of welding machine

表6 焊接接頭及坡口參數(shù)Table 6 Parameters of welding joints and grooves

表7 焊接工藝參數(shù)Table 7 Welding process parameters

2.3.3 焊后熱處理

由于鑄鋼碳當(dāng)量偏高，淬硬傾向偏大，焊后熔合區(qū)和熱影響區(qū)易產(chǎn)生淬硬組織而導(dǎo)致冷裂紋，并且鑄鋼在鑄造過程中會存有殘余內(nèi)應(yīng)力，因此焊后采用石棉保溫緩慢冷卻法，以消除殘余內(nèi)應(yīng)力并且細(xì)化晶粒，避免產(chǎn)生淬火組織，保證焊接質(zhì)量。

3 焊后檢查以及工藝評定

3.1 無損檢測

對焊縫進(jìn)行100%磁粉檢測，符合EN 1291—1998焊縫磁粉檢測驗(yàn)收等級中的規(guī)定。

對焊縫進(jìn)行100%超聲檢測，符合EN 1712—1994焊縫超聲檢測驗(yàn)收等級中的規(guī)定。

3.2 力學(xué)性能試驗(yàn)

按照ISO15614-1—2008金屬材料焊接工藝規(guī)范和評定—焊接工藝試驗(yàn)—第1部分要求對試件進(jìn)行拉伸試驗(yàn)和彎曲試驗(yàn)。

拉伸試驗(yàn)合格評定的要求是抗拉強(qiáng)度要大于母材中抗拉強(qiáng)度較低母材的強(qiáng)度。而較低強(qiáng)度的為Q345D鋼，其強(qiáng)度值為545 MPa，試驗(yàn)的抗拉強(qiáng)度為563 MPa和567 MPa，拉伸試驗(yàn)合格。

彎曲試驗(yàn)合格評定的要求是試樣彎曲至180℃后，其拉伸面上不允許出現(xiàn)大于3 mm的裂紋。實(shí)際試驗(yàn)拉伸面未出現(xiàn)裂紋，彎曲試驗(yàn)合格。

3.3 試驗(yàn)結(jié)果

由于異種鋼焊接焊縫的綜合性能只要優(yōu)于母材中性能較低的一方即可證明該試驗(yàn)合格，而對試件進(jìn)行無損檢測和力學(xué)性能試驗(yàn)，其各項(xiàng)結(jié)果均滿足以上要求，因此判斷此次試驗(yàn)合格。

4 結(jié)論

通過以上試驗(yàn)，可以斷定采用THY-602Ni藥芯焊絲氣體保護(hù)焊、選擇合理的預(yù)熱溫度、焊接參數(shù)和熱處理方法可以獲得良好的ZG34CrNiMo和Q345D鋼的焊接接頭。而且采用此工藝具有焊縫成型好、焊后缺陷少、飛濺小，生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)，具有較好的可行性。