Q460D 低合金高強(qiáng)度鋼的焊接工藝分析

楊志強(qiáng) 郭海鵬

北方重工集團(tuán)有限公司 工藝研究部焊接工藝所 遼寧沈陽(yáng) 110000

自移式轉(zhuǎn)載機(jī)是國(guó)內(nèi)外機(jī)械化采煤運(yùn)輸系統(tǒng)中普遍采用的一種中間轉(zhuǎn)載輸送設(shè)備，其高精度，高自動(dòng)化的特點(diǎn)已成為采運(yùn)區(qū)輸送系統(tǒng)中最重要的設(shè)備之一。

自移式轉(zhuǎn)載機(jī)履帶裝置是自移式轉(zhuǎn)載機(jī)中的重要部件，其車(chē)架（圖1）采用的是低合金高強(qiáng)度鋼Q460D 材質(zhì)的全焊接結(jié)構(gòu)件，由于自身承受載荷大、地面不平等復(fù)雜的工況條件，對(duì)其制造工藝尤其是焊接工藝方法的制訂是非常必要的[1]。

焊接工藝的選擇必須通過(guò)焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)來(lái)確定，其目的是：驗(yàn)證施焊擬訂的焊接工藝是否正確；評(píng)價(jià)施焊單位能否焊出符合相關(guān)要求的焊接接頭。在此詳述了自移式轉(zhuǎn)載機(jī)履帶裝置車(chē)架構(gòu)件的焊接工藝評(píng)定過(guò)程，并以此探討采用CO2氣體保護(hù)焊焊接Q460D鋼中厚板的工藝規(guī)程。

圖1 履帶裝置車(chē)架

1 Q460D 低合金結(jié)構(gòu)鋼主要成分及力學(xué)性能

Q460 低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的力學(xué)性能為屈服強(qiáng)度460MPa，抗拉強(qiáng)度550-720MPa。Q460 低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的化學(xué)成分（%）：W（C）≤0.2，W（Si）≤0.55，W（Mn）=1.0-1.5，W（S）≤0.035，W（P）≤0.035，W（Cr）≤0.7，W（Ni）≤0.7，W（Ti）=0.02-0.2，W（Nb）=0.015-0.06

2 履帶裝置車(chē)架焊接工藝評(píng)定

2.1 焊接方法的選擇

CO2氣體保護(hù)焊具有如下優(yōu)點(diǎn)：電弧穿透力強(qiáng)；焊接電流密度大、焊絲熔化率高；電弧熱量集中，受熱面積小，焊接速度快，焊接變形??；焊縫含氫量低，焊接低合金高強(qiáng)度鋼時(shí)的冷裂紋傾向小，因此采用CO2氣體保護(hù)焊焊接試件。

2.2 焊接材料的選擇

焊絲的力學(xué)性能和化學(xué)成分應(yīng)與焊件的力學(xué)性能和化學(xué)成分相匹配，并要求含碳量低，有足夠的脫氧元素，保證焊縫具有滿意的抗裂性能。故選擇ER55-G 型號(hào)的CO2氣體保護(hù)焊用焊絲，直徑Φ1.2mm，其化學(xué)成分和力學(xué)性能需要經(jīng)過(guò)焊縫熔敷金屬試驗(yàn)檢驗(yàn)合格后才能使用。與Q460D 的化學(xué)成分與力學(xué)性能進(jìn)行對(duì)比，確定選擇ER55-G 型焊絲能夠滿足焊接要求[2]。

2.3 焊接工藝參數(shù)的確定

（1）焊前預(yù)熱及焊后熱處理。低合金鋼焊接具有熱裂紋、冷裂紋、淬硬傾向及氫致裂紋敏感性強(qiáng)等主要特點(diǎn)。碳當(dāng)量是判斷焊接性最簡(jiǎn)便的方法之一。碳當(dāng)量是指把鋼中合金元素（包括碳的含量）按其作用換算成碳的相當(dāng)含量。隨著碳當(dāng)量的增加，鋼的塑性急劇下降，并且在高應(yīng)力的作用下，產(chǎn)生焊接裂紋的傾向也大為增加，焊接時(shí)有明顯的淬硬傾向。因此焊接時(shí)，需要較小的熱輸入。同時(shí)，氫致裂紋是低合金結(jié)構(gòu)鋼焊接接頭最危險(xiǎn)的缺陷，所以需要采取適當(dāng)預(yù)熱，控制線能量等工藝措施。

碳當(dāng)量Ceq（IIW）計(jì)算公式：

Ce=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15

計(jì)算得出Q460D 鋼的碳當(dāng)量為0.62%，計(jì)算得知Q460D 鋼含碳量較低，而含錳量較高，因而具有較好的抗熱裂性能，但其淬硬傾向顯著（Ceq ＞0.4%），容易冷裂，必須嚴(yán)格控制焊接熱輸入和采取預(yù)熱工藝措施。以防止冷裂紋的產(chǎn)生。根據(jù)實(shí)驗(yàn)分析，預(yù)熱溫度控制在150℃。

由于焊接接頭的熔合區(qū)，熱影響區(qū)容易產(chǎn)生淬火組織，為了降低焊縫的硬度，改善組織，消除焊接殘余應(yīng)力，因此，焊后需經(jīng)600℃-650℃，保溫2-3 小時(shí)的回火處理。

（2）確定焊接工藝參數(shù)及措施。焊接采用多層多道焊。焊接工藝參數(shù)為電流（A）180-240，電壓（V）20-30，CO2氣體純度大于99.8%，焊前應(yīng)去除坡口內(nèi)及兩側(cè)不少于20mm范圍內(nèi)的水、油等雜物；熔透焊縫應(yīng)采用碳弧氣刨清根并打磨掉滲碳層再焊接，多層焊層應(yīng)去除焊渣等雜質(zhì)。

（3）焊接工藝評(píng)定設(shè)計(jì)及力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果。車(chē)架主要由板厚為10mm、20mm、24mm、30mm、50mm 的鋼板組成。評(píng)定采用AWSD1.1M 美國(guó)鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范做為評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)此標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)試件厚度為25mm，坡口型為單面V 型60 度坡口，試板尺寸610mmX360mm。

試件焊好后對(duì)焊縫全長(zhǎng)進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，檢測(cè)合格的焊縫按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試。測(cè)試合格標(biāo)準(zhǔn)為：焊縫金屬抗拉強(qiáng)度及斷后伸長(zhǎng)率不得低于母材標(biāo)準(zhǔn)值；彎曲試驗(yàn)時(shí)受拉面裂紋總長(zhǎng)度不大于試樣寬度的15%；

各試件力學(xué)性能測(cè)試中拉伸試驗(yàn)的抗拉強(qiáng)度分別為658Mpa，670Mpa，665Mpa，斷裂部位均在母材處。彎曲試驗(yàn)中試件彎曲后均沒(méi)有發(fā)現(xiàn)裂紋。

從以上測(cè)試結(jié)果可以看出，采用擬定的焊接條件及工藝參數(shù)焊接的試件，焊縫各項(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo)都達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求，可以借此來(lái)制定車(chē)架的焊接工藝規(guī)程[3]。

3 結(jié)語(yǔ)

車(chē)架制造完成后，經(jīng)過(guò)驗(yàn)收和試車(chē)，未發(fā)現(xiàn)焊縫變形和開(kāi)裂現(xiàn)象，焊接性能達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。通過(guò)車(chē)架所采用的Q460D 低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的焊接實(shí)踐，可以得出以下結(jié)論：

（1）焊接工藝評(píng)定所選擇的焊接方法、焊絲型號(hào)、焊接工藝參數(shù)及措施能夠焊接出合格的焊接接頭。各項(xiàng)焊接條件及工藝參數(shù)可以作為制定車(chē)架焊接工藝規(guī)程的依據(jù)。

（2）本次焊接工藝評(píng)定合格的焊縫類型、厚度基本上覆蓋了中厚板的焊接，因此本次焊接工藝評(píng)定所采用的焊接條件及工藝參數(shù)可以作為制訂Q460D 中厚板焊接工藝規(guī)程的參考。