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

　　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Q550、Q550与Q460、Q460与Q460六种组焊方式试样，分别采用了不预热、氧—乙炔火焰局部预热，加热炉整体预热三种工艺方案进行了施焊，并采取了超声波探伤和理化试验措施分别进行检测，结果如下：

　　Q690母材相关的九件试样，不预热的三件在熔合线附近出现程度不同的微观裂纹，其中最长的达到15～20㎜长2～3㎜深；氧—乙炔局部预热的三件试样，有一件有可疑性裂纹，加热炉整体预热的三件试样，未发现有焊接裂纹，焊缝质量Ⅱ级。

　　Q550母材相关的六件试样，不预热的二件有一件有可见阴影线疑似裂纹，而氧—炔局部预热和加热炉整体预热的四件试样，均未发现有任何焊接裂纹迹象，焊接质量一件Ⅰ级三件Ⅱ级。

　　Q460与Q460焊接试样，三件均未发现有焊接裂纹迹象，焊接质量Ⅱ级。

　　根据试验检测结果，我们确定了Q690钢板焊接，必须入加热炉整体进行焊前预热，预热温度150～200℃，且焊接过程中应经常进行点温计监测层间温度，低于100℃时，应重新入炉加热至150～200℃；Q550钢板开始焊接前，用氧—乙炔火焰对始焊部位焊缝两侧80～100㎜范围内预热1.5m～2m,温度150～200℃，以提高始焊温度，施焊过程中，通过焊接自身电阻热，保证层间温度介于80～100℃之间。

　　4、焊接过程控制

　　为了保证预热效果，保证焊件层间温度满足焊接要求，工艺要求焊接过程废弃过去长期使用的单人包件制，改为作业小组包件制，即3～4个人组成一个作业小组，对同一工件预热后，不间断连续焊接，中间采取多人轮换方法，直至该道焊接工序组件全部焊接完毕，进入焊后热处理为止。

　　焊接采用两人对称焊接方法，以控制焊接变形。规定焊接电流介于350～400A，焊接电压34～36V焊丝伸出长度23～25㎜，焊丝送丝速度11～12m/分，气体流量19～20L/分，且要求加强焊接工艺监控，严格限定焊接电流，防止电流太小产生未熔合，未焊透现象，电流太大导致焊缝热影响区增大，焊缝严重脆化，造成焊缝开裂。

　　5、焊后热处理方法选用

　　为了消除焊接残余应力，防止延迟裂纹的产生，我们对工件进行了焊后热处理方法的选用研究分别对Q690与Q550焊件进行了预热，不预热试验，结果如下：Q690未采取热处理措施试件，在磁粉探伤检查中，发现有磁粉残留现象，疑似有裂纹；采取热处理措施试件，未发现有磁粉残留现象，焊缝表面光亮。Q550试件，采取或未采取热处理措施试件，均未发现磁粉残留现象，焊缝表面光亮。

　　根据试验检测结果，我们制定了以下措施：（1）Q690钢板为主要母材制成的工件，严格强调每一道工序焊接完毕，都必须马上入炉进行焊后热处理，加热温度450～500℃，保温2.5小时后将工件运至避风部位空冷至常温，再进入下一道工序组点。（2）Q550钢板为主要母材制成的工件，主要零件焊接工序，重要焊缝必须立即入炉进行焊后热处理，加热温度450～500℃保温时间2.5小时后将工件运至避风部位空冷至常温，非重要焊缝及次要零件焊后可不入炉热处理，但必须避风放置冷却至常温。

　　二、创新点

　　1、焊前预热，对700MPa级母材采取了局部氧—乙炔预热工艺，对600MPa级母材不预热，降低了产品成本，改善了员工工作条件。

　　2、保护气体，采用了药芯焊丝加CO2气体，气—渣联合保护方法代替了富氩气保护方式，降低了生产成本。

　　3、焊接材料选用，采用了低匹配原则，改变了等强匹配的传统观念。免费论文参考网。免费论文参考网。

　　4、焊后热处理，采用了消氢处理与焊后热处理相结合空冷的方式，改变了低合金高强钢必须焊后热处理，随炉冷却方式。

　　三、应用情况及社会经济效益

　　1、应用情况

　　2006年4月，对成套工艺进行了焊接工艺评定，结果如下：

　　拉伸试验如下图

　　①抗拉强度 Q690与Q690、Q690与Q550采用入炉预热700MPa焊丝，380A电流，12L/分气体流量，干伸长度23㎜，焊后热处理，在拉力试验机进行，试样尺寸30×30×400㎜，破断力达到标准要求，未断未裂（因接近设备允许拉力极限未拉断）

　　Q550与Q550、Q550与Q460采用氧—乙炔局部预热，600MPa焊丝，380A电流，12m/分送丝速度，20L/分气体流量，干伸长度23㎜，焊后入炉热处理，在100KN试验机进行试验，试样尺寸30×30×400㎜破断力642KN、638KN未断未裂；

　　②弯曲试验（见下图）

　　试验数据

　　1、试验方法 圆头弯曲（三点弯曲）试验

　　2、圆头直径 D=90㎜（标准要求3δ）

　　3、支点宽度 150㎜（标准要求≤3δ＋D）

　　Q690相关试样 1/3试件焊缝处发生开裂现象，2/3试件未断未裂

　　Q550相关试样 焊缝处大多数未断未裂

　　超过标准提出的≤120°要求合格

　　③2006年3～7月我们分别对按照该工艺焊接Q690和Q550、Q690和Q690，在不同的气候条件下，我们做了4～5次探伤试验，除发现局部焊接缺陷外，未发现任何焊接裂纹。免费论文参考网。同时在拉伸试验中抗拉强度均达到700MPa左右，其中最好的试样达到了800MPa未断未裂（由于保护设备没有继续加大拉力）；

　　④2006年5月，送北京煤科总院支架试验中心，对ZY6400/12.5/28掩护式支架样机进行支架型式试验，全部指标符合MT312－200《液压支架通用技术条件》要求，一次成功，进行工业性试验阶段，未发现由于工艺问题而出现的焊缝开裂现象。

　　实践证明，在同一产品焊接过程中，已达到同行业先进水平。在低合金高强度结构钢焊接中，围绕焊接材料选用、保护气体选用、焊接工艺参数选择、焊前预热方法选择、焊后热处理方法选用等工艺规范有较好的推广交流价值。

　　参考文献：

　　1 濮良贵，纪名刚。机械设计[M]，北京：高等教育出版社，2001.

　　2 杨道明，朱 勋。金属力学性能与失效分析。北京，机械工业出版社，1991.

　　3 俞尚知。焊接工艺人员手册。上海，上海科学技术出版社，1991.

　　4 王笑天。金属材料学。西安，西安交通大学出版社。1989.