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論文導(dǎo)讀：而為了滿(mǎn)足液壓支架支護(hù)能力大、自重輕，刮板機(jī)功率大、自重輕的發(fā)展方向，使用材料也逐步向低板厚高強(qiáng)度方向發(fā)展。針對(duì)以上情況，接受任務(wù)后，我們組成了700MPa以上低合金高強(qiáng)板焊接研究小組分別赴鄭州、平陽(yáng)等專(zhuān)業(yè)支架制造廠進(jìn)行了廣泛的市場(chǎng)調(diào)研，認(rèn)真總結(jié)吸取了兄弟廠家使用同類(lèi)型材料的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，根據(jù)本廠實(shí)際情況，反復(fù)探討，認(rèn)真研究，并進(jìn)行了多次焊接試驗(yàn)、工藝評(píng)定、工藝會(huì)簽，制定了以下工藝方案，付諸實(shí)施，取得了滿(mǎn)意的效果。焊接材料選用有三種方式，即高匹配、等強(qiáng)匹配、低匹配，其中常規(guī)使用的是等強(qiáng)匹配。
關(guān)鍵詞：試驗(yàn)，強(qiáng)度，匹配，破斷脆裂

　　一、立項(xiàng)原因及背景
　　近幾年，為了加大資源開(kāi)采率，厚煤層、薄煤層開(kāi)采已成為煤炭開(kāi)采的必然發(fā)展趨勢(shì)。與之相適應(yīng)，大采高及薄煤層使用液壓支架及重型刮板輸送機(jī)的制造數(shù)量逐年增加。而為了滿(mǎn)足液壓支架支護(hù)能力大、自重輕，刮板機(jī)功率大、自重輕的發(fā)展方向，使用材料也逐步向低板厚高強(qiáng)度方向發(fā)展。故700MPa以上低合金高強(qiáng)板焊接已成為擺在煤機(jī)制造行業(yè)的一道重要課題。
　　2006年以來(lái)，先后完成的ZY6400/12.5/28型掩護(hù)式液壓支架結(jié)構(gòu)件及SGZ830/630刮板輸送機(jī)中部槽中板，選用材料均為σb=800MPa的Q690板材和σb=700MPa的Q550板材，碳當(dāng)量CE＞0.6，焊接性能差，集團(tuán)公司屬于首次使用，在國(guó)內(nèi)也屬于初期使用尚未有十分成熟的焊接規(guī)范。
　　二、研究?jī)?nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)
　　針對(duì)以上情況，接受任務(wù)后，我們組成了700MPa以上低合金高強(qiáng)板焊接研究小組分別赴鄭州、平陽(yáng)等專(zhuān)業(yè)支架制造廠進(jìn)行了廣泛的市場(chǎng)調(diào)研，認(rèn)真總結(jié)吸取了兄弟廠家使用同類(lèi)型材料的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，根據(jù)本廠實(shí)際情況，反復(fù)探討，認(rèn)真研究，并進(jìn)行了多次焊接試驗(yàn)、工藝評(píng)定、工藝會(huì)簽，制定了以下工藝方案，付諸實(shí)施，取得了滿(mǎn)意的效果。
　　1、焊接材料選用
　　焊接材料選用有三種方式，即高匹配、等強(qiáng)匹配、低匹配，其中常規(guī)使用的是等強(qiáng)匹配。我們對(duì)等強(qiáng)匹配和低匹配兩種方式分別進(jìn)行了焊接試驗(yàn)，結(jié)果如下：800MPaQ690板、700MPaQ550板選用等強(qiáng)匹配的焊件，雖然抗拉強(qiáng)度滿(mǎn)足了使用要求，分別達(dá)到800MPa和710MPa，但是壓彎試驗(yàn)中，均產(chǎn)生脆斷現(xiàn)象，彎曲角度未達(dá)到要求的120°而且拉伸試驗(yàn)斷裂后，焊縫區(qū)沒(méi)有明顯塑變，縮頸現(xiàn)象，證明焊縫延展性、塑性差；而采用低匹配的焊件，抗拉強(qiáng)度分別達(dá)到了796MPa和702MPa符合焊縫強(qiáng)度±2%的要求，且壓彎試樣，彎曲角度達(dá)到100～110°時(shí)，800MPa焊件產(chǎn)生微裂，700MPa焊件未開(kāi)裂。
　　綜合比較，為了保證焊縫塑性、韌性及接頭強(qiáng)度均滿(mǎn)足要求；我們?cè)诤附硬牧线x用上采取了低匹配原則，即焊接材料比母材材料低一個(gè)強(qiáng)度等級(jí)，800MPa的Q690鋼板選用700MPa的焊接材料，700MPa的Q550鋼板選用600MPa的焊接材料，同時(shí)為了兼顧焊縫強(qiáng)度和外觀質(zhì)量，且在同級(jí)別焊接材料中分別選用了焊接熔透性較好的E70M（E60M）焊絲，用于打底焊和填充焊，選用了成型性?xún)?yōu)異、波紋平整的E702（E602）焊絲用于蓋面焊。
　　另外，為了在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，盡可能提高焊接生產(chǎn)效率，我們選用了直徑φ1.6㎜焊絲，拋棄了多年來(lái)長(zhǎng)期沿用的直徑φ1.2㎜焊絲。
　　2、焊接氣體的選用
　　根據(jù)國(guó)內(nèi)外各種焊接書(shū)籍介紹，600MPa以上材料焊接，保護(hù)氣體推薦使用80%氬氣+20%CO2氣體或100%氬氣保護(hù)方式。
　　在研究過(guò)程中，為了既滿(mǎn)足焊縫質(zhì)量，又確保方案經(jīng)濟(jì)合理，我們對(duì)保護(hù)氣體與焊絲匹配的三種方案即藥芯焊絲加富氬氣保護(hù)，實(shí)芯焊絲加富氬氣保護(hù)，藥芯焊絲加CO2氣體保護(hù)進(jìn)行了反復(fù)試驗(yàn)，結(jié)果超聲波探傷焊縫內(nèi)部質(zhì)量均在Ⅱ級(jí)焊縫以?xún)?nèi)，均滿(mǎn)足《金屬焊接結(jié)構(gòu)件焊接質(zhì)量檢驗(yàn)技術(shù)要求》中“二氧化碳?xì)怏w保護(hù)自動(dòng)和半自動(dòng)焊的產(chǎn)品焊接件焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)：自動(dòng)焊選�、蚣�(jí)，半自動(dòng)焊重要焊縫選取Ⅱ級(jí)，非重要焊縫選取Ⅲ級(jí)”的規(guī)定，但方案Ⅰ富氬氣保護(hù)加藥芯焊絲，每件產(chǎn)品需費(fèi)用21080元；方案Ⅱ富氬氣保護(hù)加實(shí)芯焊絲，每件產(chǎn)品費(fèi)用18913元，方案ⅢCO2氣體加藥芯焊絲，每件產(chǎn)品需費(fèi)用15916元。
　　綜合比較，選用了焊縫質(zhì)量與經(jīng)濟(jì)性能最佳匹配方案，藥芯焊絲加CO2氣體保護(hù)。
　　3、焊前預(yù)熱方法選擇
　　由于Q690、Q550鋼板屬于可焊性差的低合金超高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼，其淬硬傾向嚴(yán)重，產(chǎn)生焊接裂縫及延遲裂紋的可能性較大，這在北京煤機(jī)廠、鄭州煤機(jī)廠使用過(guò)程中已得到了充分體現(xiàn)。而且ZY6400支架生產(chǎn)日期又正值大同地區(qū)風(fēng)大，氣溫變化大的三、四月份，保持始焊溫度及層間溫度對(duì)于焊接成敗有著十分重要的作用。
　　本著既保證產(chǎn)品質(zhì)量，又降低成本，改善焊工工作條件的原則，我們對(duì)Q690與Q690、Q690與Q550，Q690與Q460、Q550與Q550、Q550與Q460、Q460與Q460六種組焊方式試樣，分別采用了不預(yù)熱、氧—乙炔火焰局部預(yù)熱，加熱爐整體預(yù)熱三種工藝方案進(jìn)行了施焊，并采取了超聲波探傷和理化試驗(yàn)措施分別進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果如下：
　　Q690母材相關(guān)的九件試樣，不預(yù)熱的三件在熔合線附近出現(xiàn)程度不同的微觀裂紋，其中最長(zhǎng)的達(dá)到15～20㎜長(zhǎng)2～3㎜深；氧—乙炔局部預(yù)熱的三件試樣，有一件有可疑性裂紋，加熱爐整體預(yù)熱的三件試樣，未發(fā)現(xiàn)有焊接裂紋，焊縫質(zhì)量Ⅱ級(jí)。
　　Q550母材相關(guān)的六件試樣，不預(yù)熱的二件有一件有可見(jiàn)陰影線疑似裂紋，而氧—炔局部預(yù)熱和加熱爐整體預(yù)熱的四件試樣，均未發(fā)現(xiàn)有任何焊接裂紋跡象，焊接質(zhì)量一件Ⅰ級(jí)三件Ⅱ級(jí)。
　　Q460與Q460焊接試樣，三件均未發(fā)現(xiàn)有焊接裂紋跡象，焊接質(zhì)量Ⅱ級(jí)。
　　根據(jù)試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果，我們確定了Q690鋼板焊接，必須入加熱爐整體進(jìn)行焊前預(yù)熱，預(yù)熱溫度150～200℃，且焊接過(guò)程中應(yīng)經(jīng)常進(jìn)行點(diǎn)溫計(jì)監(jiān)測(cè)層間溫度，低于100℃時(shí)，應(yīng)重新入爐加熱至150～200℃；Q550鋼板開(kāi)始焊接前，用氧—乙炔火焰對(duì)始焊部位焊縫兩側(cè)80～100㎜范圍內(nèi)預(yù)熱1.5m～2m,溫度150～200℃，以提高始焊溫度，施焊過(guò)程中，通過(guò)焊接自身電阻熱，保證層間溫度介于80～100℃之間。
　　4、焊接過(guò)程控制
　　為了保證預(yù)熱效果，保證焊件層間溫度滿(mǎn)足焊接要求，工藝要求焊接過(guò)程廢棄過(guò)去長(zhǎng)期使用的單人包件制，改為作業(yè)小組包件制，即3～4個(gè)人組成一個(gè)作業(yè)小組，對(duì)同一工件預(yù)熱后，不間斷連續(xù)焊接，中間采取多人輪換方法，直至該道焊接工序組件全部焊接完畢，進(jìn)入焊后熱處理為止。
　　焊接采用兩人對(duì)稱(chēng)焊接方法，以控制焊接變形。規(guī)定焊接電流介于350～400A，焊接電壓34～36V焊絲伸出長(zhǎng)度23～25㎜，焊絲送絲速度11～12m/分，氣體流量19～20L/分，且要求加強(qiáng)焊接工藝監(jiān)控，嚴(yán)格限定焊接電流，防止電流太小產(chǎn)生未熔合，未焊透現(xiàn)象，電流太大導(dǎo)致焊縫熱影響區(qū)增大，焊縫嚴(yán)重脆化，造成焊縫開(kāi)裂。
　　 　　5、焊后熱處理方法選用
　　為了消除焊接殘余應(yīng)力，防止延遲裂紋的產(chǎn)生，我們對(duì)工件進(jìn)行了焊后熱處理方法的選用研究分別對(duì)Q690與Q550焊件進(jìn)行了預(yù)熱，不預(yù)熱試驗(yàn)，結(jié)果如下：Q690未采取熱處理措施試件，在磁粉探傷檢查中，發(fā)現(xiàn)有磁粉殘留現(xiàn)象，疑似有裂紋；采取熱處理措施試件，未發(fā)現(xiàn)有磁粉殘留現(xiàn)象，焊縫表面光亮。Q550試件，采取或未采取熱處理措施試件，均未發(fā)現(xiàn)磁粉殘留現(xiàn)象，焊縫表面光亮。
　　根據(jù)試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果，我們制定了以下措施：(1)Q690鋼板為主要母材制成的工件，嚴(yán)格強(qiáng)調(diào)每一道工序焊接完畢，都必須馬上入爐進(jìn)行焊后熱處理，加熱溫度450～500℃，保溫2.5小時(shí)后將工件運(yùn)至避風(fēng)部位空冷至常溫，再進(jìn)入下一道工序組點(diǎn)。(2)Q550鋼板為主要母材制成的工件，主要零件焊接工序，重要焊縫必須立即入爐進(jìn)行焊后熱處理，加熱溫度450～500℃保溫時(shí)間2.5小時(shí)后將工件運(yùn)至避風(fēng)部位空冷至常溫，非重要焊縫及次要零件焊后可不入爐熱處理，但必須避風(fēng)放置冷卻至常溫。
　　二、創(chuàng)新點(diǎn)
　　1、焊前預(yù)熱，對(duì)700MPa級(jí)母材采取了局部氧—乙炔預(yù)熱工藝，對(duì)600MPa級(jí)母材不預(yù)熱，降低了產(chǎn)品成本，改善了員工工作條件。
　　2、保護(hù)氣體，采用了藥芯焊絲加CO2氣體，氣—渣聯(lián)合保護(hù)方法代替了富氬氣保護(hù)方式，降低了生產(chǎn)成本。
　　3、焊接材料選用，采用了低匹配原則，改變了等強(qiáng)匹配的傳統(tǒng)觀念。免費(fèi)論文參考網(wǎng)。免費(fèi)論文參考網(wǎng)。
　　4、焊后熱處理，采用了消氫處理與焊后熱處理相結(jié)合空冷的方式，改變了低合金高強(qiáng)鋼必須焊后熱處理，隨爐冷卻方式。
　　三、應(yīng)用情況及社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益
　　1、應(yīng)用情況
　　2006年4月，對(duì)成套工藝進(jìn)行了焊接工藝評(píng)定，結(jié)果如下：
　　拉伸試驗(yàn)如下圖
　�、倏估瓘�(qiáng)度 Q690與Q690、Q690與Q550采用入爐預(yù)熱700MPa焊絲，380A電流，12L/分氣體流量，干伸長(zhǎng)度23㎜，焊后熱處理，在拉力試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行，試樣尺寸30×30×400㎜，破斷力達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，未斷未裂(因接近設(shè)備允許拉力極限未拉斷)
　　Q550與Q550、Q550與Q460采用氧—乙炔局部預(yù)熱，600MPa焊絲，380A電流，12m/分送絲速度，20L/分氣體流量，干伸長(zhǎng)度23㎜，焊后入爐熱處理，在100KN試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，試樣尺寸30×30×400㎜破斷力642KN、638KN未斷未裂；
　�、趶澢�試驗(yàn)(見(jiàn)下圖)
　　試驗(yàn)數(shù)據(jù)
　　1、試驗(yàn)方法 圓頭彎曲(三點(diǎn)彎曲)試驗(yàn)
　　2、圓頭直徑 D=90㎜(標(biāo)準(zhǔn)要求3δ)
　　3、支點(diǎn)寬度 150㎜(標(biāo)準(zhǔn)要求≤3δ＋D)
　　Q690相關(guān)試樣 1/3試件焊縫處發(fā)生開(kāi)裂現(xiàn)象，2/3試件未斷未裂
　　Q550相關(guān)試樣 焊縫處大多數(shù)未斷未裂
　　超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)提出的≤120°要求合格
　　③2006年3～7月我們分別對(duì)按照該工藝焊接Q690和Q550、Q690和Q690，在不同的氣候條件下，我們做了4～5次探傷試驗(yàn)，除發(fā)現(xiàn)局部焊接缺陷外，未發(fā)現(xiàn)任何焊接裂紋。免費(fèi)論文參考網(wǎng)。同時(shí)在拉伸試驗(yàn)中抗拉強(qiáng)度均達(dá)到700MPa左右，其中最好的試樣達(dá)到了800MPa未斷未裂（由于保護(hù)設(shè)備沒(méi)有繼續(xù)加大拉力）；
　�、�2006年5月，送北京煤科總院支架試驗(yàn)中心，對(duì)ZY6400/12.5/28掩護(hù)式支架樣機(jī)進(jìn)行支架型式試驗(yàn)，全部指標(biāo)符合MT312－200《液壓支架通用技術(shù)條件》要求，一次成功，進(jìn)行工業(yè)性試驗(yàn)階段，未發(fā)現(xiàn)由于工藝問(wèn)題而出現(xiàn)的焊縫開(kāi)裂現(xiàn)象。
　　實(shí)踐證明，在同一產(chǎn)品焊接過(guò)程中，已達(dá)到同行業(yè)先進(jìn)水平。在低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼焊接中，圍繞焊接材料選用、保護(hù)氣體選用、焊接工藝參數(shù)選擇、焊前預(yù)熱方法選擇、焊后熱處理方法選用等工藝規(guī)范有較好的推廣交流價(jià)值。

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