700Mpa以上低合金超高强结构钢板焊接工艺研究.docx

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700Mpa以上低合金超高强结构钢板焊接工艺研究

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论文导读：而为了满足液压支架支护能力大、自重轻，刮板机功率大、自重轻的发展方向，使用材料也逐步向低板厚高强度方向发展。针对以上情况，接受任务后，我们组成了700MPa以上低合金高强板焊接研究小组分别赴郑州、平阳等专业支架制造厂进行了广泛的市场调研，认真总结吸取了兄弟厂家使用同类型材料的经验教训，根据本厂实际情况，反复探讨，认真研究，并进行了多次焊接试验、工艺评定、工艺会签，制定了以下工艺方案，付诸实施，取得了满意的效果。焊接材料选用有三种方式，即高匹配、等强匹配、低匹配，其中常规使用的是等强匹配。

关键词：试验，强度，匹配，破断脆裂

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一、立项原因及背景

近几年，为了加大资源开采率，厚煤层、薄煤层开采已成为煤炭开采的必然发展趋势。与之相适应，大采高及薄煤层使用液压支架及重型刮板输送机的制造数量逐年增加。而为了满足液压支架支护能力大、自重轻，刮板机功率大、自重轻的发展方向，使用材料也逐步向低板厚高强度方向发展。故700MPa以上低合金高强板焊接已成为摆在煤机制造行业的一道重要课题。

2006年以来，先后完成的ZY6400/12.5/28型掩护式液压支架结构件及SGZ830/630刮板输送机中部槽中板，选用材料均为σb=800MPa的Q690板材和σb=700MPa的Q550板材，碳当量CE＞0.6，焊接性能差，集团公司属于首次使用，在国内也属于初期使用尚未有十分成熟的焊接规范。

二、研究内容及创新点

针对以上情况，接受任务后，我们组成了700MPa以上低合金高强板焊接研究小组分别赴郑州、平阳等专业支架制造厂进行了广泛的市场调研，认真总结吸取了兄弟厂家使用同类型材料的经验教训，根据本厂实际情况，反复探讨，认真研究，并进行了多次焊接试验、工艺评定、工艺会签，制定了以下工艺方案，付诸实施，取得了满意的效果。

1、焊接材料选用

焊接材料选用有三种方式，即高匹配、等强匹配、低匹配，其中常规使用的是等强匹配。我们对等强匹配和低匹配两种方式分别进行了焊接试验，结果如下：800MPaQ690板、700MPaQ550板选用等强匹配的焊件，虽然抗拉强度满足了使用要求，分别达到800MPa和710MPa，但是压弯试验中，均产生脆断现象，弯曲角度未达到要求的120°而且拉伸试验断裂后，焊缝区没有明显塑变，缩颈现象，证明焊缝延展性、塑性差；而采用低匹配的焊件，抗拉强度分别达到了796MPa和702MPa符合焊缝强度±2%的要求，且压弯试样，弯曲角度达到100～110°时，800MPa焊件产生微裂，700MPa焊件未开裂。

综合比较，为了保证焊缝塑性、韧性及接头强度均满足要求；我们在焊接材料选用上采取了低匹配原则，即焊接材料比母材材料低一个强度等级，800MPa的Q690钢板选用700MPa的焊接材料，700MPa的Q550钢板选用600MPa的焊接材料，同时为了兼顾焊缝强度和外观质量，且在同级别焊接材料中分别选用了焊接熔透性较好的E70M（E60M）焊丝，用于打底焊和填充焊，选用了成型性优异、波纹平整的E702（E602）焊丝用于盖面焊。

另外，为了在保证产品质量的前提下，尽可能提高焊接生产效率，我们选用了直径φ1.6㎜焊丝，抛弃了多年来长期沿用的直径φ1.2㎜焊丝。

2、焊接气体的选用

根据国内外各种焊接书籍介绍，600MPa以上材料焊接，保护气体推荐使用80%氩气+20%CO2气体或100%氩气保护方式。

在研究过程中，为了既满足焊缝质量，又确保方案经济合理，我们对保护气体与焊丝匹配的三种方案即药芯焊丝加富氩气保护，实芯焊丝加富氩气保护，药芯焊丝加CO2气体保护进行了反复试验，结果超声波探伤焊缝内部质量均在Ⅱ级焊缝以内，均满足《金属焊接结构件焊接质量检验技术要求》中“二氧化碳气体保护自动和半自动焊的产品焊接件焊缝质量检验：自动焊选取Ⅱ级，半自动焊重要焊缝选取Ⅱ级，非重要焊缝选取Ⅲ级”的规定，但方案Ⅰ富氩气保护加药芯焊丝，每件产品需费用21080元；方案Ⅱ富氩气保护加实芯焊丝，每件产品费用18913元，方案ⅢCO2气体加药芯焊丝，每件产品需费用15916元。

综合比较，选用了焊缝质量与经济性能最佳匹配方案，药芯焊丝加CO2气体保护。

3、焊前预热方法选择

由于Q690、Q550钢板属于可焊性差的低合金超高强度结构钢，其淬硬倾向严重，产生焊接裂缝及延迟裂纹的可能性较大，这在北京煤机厂、郑州煤机厂使用过程中已得到了充分体现。而且ZY6400支架生产日期又正值大同地区风大，气温变化大的三、四月份，保持始焊温度及层间温度对于焊接成败有着十分重要的作用。

本着既保证产品质量，又降低成本，改善焊工工作条件的原则，我们对Q690与Q690、Q690与Q550，Q690与Q460、Q550与Q55