矿用重工车架及液压支架Q690D高强钢焊接工艺应用浅谈

 引言
随着煤矿业、高铁、路桥事业的快速发展，对矿用工程宽体自卸车的性能要求，特别是车架及液压架的高强度和使用可靠性，提出了更高的要求。车架和液压架主要材料为低合金结构钢，近年来，车架承载吨位和支架阻力逐渐在提高，钢材选用由Q345提高到Q460、Q550，现在已经开始较多的用Q690D。Q690D钢板强度高，焊接性能与Q345B比起来效果较差，对焊接条件、焊材和焊接人员的要求比较高，而且碳量过高造成焊接冷却后脆性比较大。在实际焊接过程中，掌握焊接工艺后使用什么材料制作车架和液压支架等结构的关键问题之所在。
1 焊接预工艺规程
1.1 Q690D钢板的材质及力学性能（见表1）
1.2 如何选择焊丝 首先要了解焊丝是否能保证焊缝金属的强度，塑性和韧性是否能达到产品的技术要求的质量，其次还要考虑焊接生产的效率和是否能抗裂等方面是否合格。Q690D钢板抗拉强度σb为770～940MPa，屈服强度σs≥690MPa，选用ф1.2mm的ER80-G高强焊丝，其中σb≥800MPa，强度与Q690D相匹配。焊丝中含有较高的镍、钼元素，焊缝金属具有优良的力学性能。焊丝的化学成分见表2、力学性能见表3。
1.3 保护气体的选择 保护气体的组成将影响材料从熔化的电极过渡到焊缝熔池的过程及飞溅的产生，它还会影响焊缝表面成型、几何尺寸，焊接速度，抗气孔性，合金烧损，焊缝表面氧化物的形成。焊缝成形如果不良就会使得CO2气体保护焊具有较大的出入，还会造成熔深大、氧化性较强等缺点；选用Ar80%+CO220%混合气，可以很好地克服单纯CO2气体保护焊接时的不足；在优化熔滴的过渡形式时，要加强多层焊道间的融合度，这样可以提高焊件的焊接质量。
1.4 焊前预热及焊接热输入的控制 Q690D高强钢焊接具有热裂纹、冷裂纹、淬硬倾向及氢致裂纹敏感性强等主要特点。碳当量是判断焊接性最简便的方法之一。Q690碳当量计算：CE=C+Mn/20+Si/30+Ni/6O+Cr/20+M0/15+V/10+5B=0.548%。从碳当量可看出，焊接时有明显的淬硬倾向。因此焊接时，需较小的热输入，同时，氢致裂纹是低合金结构钢焊接接头最危险的缺陷，需要采取适当预热，控制线能量等工艺措施。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。由于支架结构件板材较厚，强度级别较高，为保证受热均匀，部件装配、点组后，应采取整体预热方式进行预热，预热温度为200～250℃。预热后及时进行焊接，焊接时层间温度控制在130～150℃。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，在试验中我们确定焊接参数为φ1.2mm实芯焊丝，①打底焊接电流上限为230A±10A，电压26～27v，焊缝大小为4～6mm。②中间填充层焊接电流上限为240±10A，电压28～30v；③盖面层焊接电流上限为240±10A，电压29～31v；④焊接速度290-320mm/min；气体流量15～20L/min；干伸长10～15mm。
1.5 如何处理焊接后打磨 由于很多支架结构件板比较厚，焊接残余应力比较大，所以打磨时工作环境恶劣，承载力负荷较大，因此就需要进行热处理。待焊接热处理的温度低于钢的温度后，就要回炉，同时还要避免回火造成的脆性，影响热化温度的敏感区间的温度在500～600℃，等到温度降低后，Q690结构钢焊接后应进行500～550℃回火处理。为了消除应力的效果，就要将整体工件放入炉内加热，采取整体处理，提高公司生产效率。批量处理时应兼顾生产效率及工件受热的均匀性，以保证热处理质量，热处理后焊缝表面及工件表面的飞溅物应打磨清理。
2 焊接试验及生产应用
车架为箱型梁，大部分是角焊缝和单V形坡口焊缝，我们做试验以单V形坡口对接焊缝进行焊接工艺性试验。试件组对尺寸如图1。试件组对留2～3mm间隙，焊缝主要集中在钢板的一侧，组对时，应预先设定2mm反变形量，在试件两端点固。用火焰加热的方法对试件进行预热。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化。每层焊接完后，应对焊缝进行清理。正面焊完后，反面清根，将焊缝焊满。焊接层道见图2。试件焊后，应按照制定的焊后热处理方式进行处理。加热至520±10℃，保温2小时后随炉冷却。冷却后进行无损UT检测。按照焊接工艺评定ISO15614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4。
根据表4数据分析，采用预定的工艺参数，实现
Q690D钢板焊接，能满足焊接性能要求。
3 结论
为保证结构件的焊接质量，在车架和液压支架焊接时必须结合母材Q690D的性能特点，制订工艺时必须考虑下列工艺措施。①板材切割面的氧化渣在焊接前必须清除干净。②采用小的热输入，多层多道焊，有利于细化晶粒，提高韧性。为避免焊后冷裂纹的发生，应严格控制焊接前的预热温度和焊接过程中的层间温度。焊后应进行热处理。③为保证焊接过程的低氢条件，定位焊焊丝应进行脱脂，保护气体应进行干燥处理。④热处理后焊缝表面及工件表面的飞溅物应打磨清理干净。