掘進機機架體連接板焊接裂紋解決方案

陳克華， 劉冰， 丁傳昱

（西安煤礦機械有限公司，西安710032）

0 引言

我公司掘進機機架體是由Q460C板材焊接而成，機架體連接板是與履帶架連接板連接的，因此該位置承受較大的拉力，對焊縫的強度要求較高。目前，該機架焊后熱時效后在室溫10℃左右條件下出現(xiàn)兩處裂紋，如圖1。

圖1 機架連接板處焊縫開裂位置圖

針對裂紋出現(xiàn)的可能性進行分析，并提出相關的解決方案。

1 產(chǎn)生裂紋的可能性分析

Q460C裂紋產(chǎn)生的原因分析如圖2所示，通過結構觀察可知，這兩處的板材之間未受到其它位置的強制約束，不可能是拘束應力引起的開裂（原因一）；機架體熱時效出爐后焊工對機架體內(nèi)外焊縫處進行了清磨，戴著手套的手和身體均未有灼燒感，可見機架出爐后溫度在100℃以下，機架溫度較低即使氣溫驟降也不會影響其焊縫變化，因此也不可能是原因二；下面著重分析是否為焊縫處自身問題引起的冷裂。

圖2 Q460C裂紋產(chǎn)生原因分析

1.1 材料成分分析

Q460C鋼屬于低碳高強度鋼板，主要材料成分表如表1所示。

表1 Q460C化學成分質量分數(shù)%

Q460C為低合金高強度鋼，其最大碳當量0.86，冷裂紋敏感系數(shù)0.497。當碳當量大于0.45%時易出現(xiàn)淬硬傾向，易形成高碳馬氏體，使得焊縫處硬度提高、塑性下降而產(chǎn)生冷裂紋，這與冷裂紋敏感系數(shù)0.497具有較明顯的冷裂紋傾向相一致，氫致冷裂紋是低合金結構鋼焊接接頭最危險的缺陷。

1.2 焊接工藝性分析

在室溫條件下，該工件采用CO2氣體保護焊，對接或嵌入板材接頭處均為單側V型接頭。根據(jù)該批回廠板材試驗報告知，其屈服強度為480 MPa，抗拉強度為650 MPa，根據(jù)等強匹配原則焊接選用50 kg級的ER50-6焊絲（焊絲直徑φ1.2 mm）。焊接電流I=280～300 A，焊接電壓V=28～32 V。焊前采用烤槍對焊縫及其兩側50 mm范圍內(nèi)進行150～200℃（紅外測溫儀測溫）局部預熱處理，焊后無保溫緩冷措施空氣中冷卻，可能會因為冷速太快引起開裂。

1.3 坡口形式分析

通過對整個機架體進行觀察，其它U型或V型焊縫無一處開裂。只有單V一側出現(xiàn)開裂，坡口形式如圖3所示。該處焊接時熔合較差，且相對坡口其它位置冷卻速度較快，易出現(xiàn)裂紋。通過材料成分分析出厚板Q460C焊接性能較差，且缺少焊后保溫措施，導致空冷放置后延遲裂紋的產(chǎn)生。

圖3 焊接坡口示意圖

2 解決措施

Q460C鋼的碳當量較高，含有較多的沉淀強化元素，在焊接過程中，線能量不宜過大，否則會出現(xiàn)過熱區(qū)的脆化和軟化；線能量也不能過小，否則會因冷速過快而出現(xiàn)淬火組織或冷裂紋。因此，在焊接時，要同時兼顧過熱與冷裂紋兩方面的問題，這方面我們前期已經(jīng)充分考慮到，焊接參數(shù)設置沒有問題。

通過裂紋處焊縫的形式和結構的分析，只要能降低此處的冷卻速度就可以解決此問題。

2.1 焊接工藝控制

根據(jù)低碳高強度鋼要求焊前預熱、焊后保溫緩冷的原則，可以采用焊后放入溫度為200℃的加熱爐內(nèi)，確保焊后緩冷?；虿捎锰沾呻娂訜崞采w在工件上以實現(xiàn)保溫緩冷。

2.2 坡口設計改進

焊接接頭設計時，盡量避免一側I型坡口，可以將坡口形式設計成兩側V型，增加焊縫填充量，以減小熔合區(qū)焊縫的冷卻速度。

2.3 焊接操作設計

其它為了減少I型側的冷卻速度，可以在焊至該側時焊槍擺動且稍微增加停留時間以增大該處的熔深，減少I型坡口的劣勢，同時人為在該處多焊接一層或一道。這樣第一道焊縫的焊接過程為第二道焊縫起到了預熱作用，而后一道焊縫又為前一道起到保溫緩冷目的，進一步減緩了冷卻速度。本次機架體的修復就是采用2.3的方案。

3 結 論

我們在新產(chǎn)品中對坡口改進、焊后緩冷和焊接操作改進這三種方式均進行了嘗試，三種方案均可以有效避免焊后裂紋的產(chǎn)生，保證了產(chǎn)品的焊接質量。但是從生產(chǎn)效率的角度考慮采用第三種方式更為合理。