掘進(jìn)機(jī)機(jī)架體連接板焊接裂紋解決方案

陳克華， 劉冰， 丁傳昱

（西安煤礦機(jī)械有限公司，西安710032）

0 引言

我公司掘進(jìn)機(jī)機(jī)架體是由Q460C板材焊接而成，機(jī)架體連接板是與履帶架連接板連接的，因此該位置承受較大的拉力，對(duì)焊縫的強(qiáng)度要求較高。目前，該機(jī)架焊后熱時(shí)效后在室溫10℃左右條件下出現(xiàn)兩處裂紋，如圖1。

圖1 機(jī)架連接板處焊縫開(kāi)裂位置圖

針對(duì)裂紋出現(xiàn)的可能性進(jìn)行分析，并提出相關(guān)的解決方案。

1 產(chǎn)生裂紋的可能性分析

Q460C裂紋產(chǎn)生的原因分析如圖2所示，通過(guò)結(jié)構(gòu)觀察可知，這兩處的板材之間未受到其它位置的強(qiáng)制約束，不可能是拘束應(yīng)力引起的開(kāi)裂（原因一）；機(jī)架體熱時(shí)效出爐后焊工對(duì)機(jī)架體內(nèi)外焊縫處進(jìn)行了清磨，戴著手套的手和身體均未有灼燒感，可見(jiàn)機(jī)架出爐后溫度在100℃以下，機(jī)架溫度較低即使氣溫驟降也不會(huì)影響其焊縫變化，因此也不可能是原因二；下面著重分析是否為焊縫處自身問(wèn)題引起的冷裂。

圖2 Q460C裂紋產(chǎn)生原因分析

1.1 材料成分分析

Q460C鋼屬于低碳高強(qiáng)度鋼板，主要材料成分表如表1所示。

表1 Q460C化學(xué)成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)%

Q460C為低合金高強(qiáng)度鋼，其最大碳當(dāng)量0.86，冷裂紋敏感系數(shù)0.497。當(dāng)碳當(dāng)量大于0.45%時(shí)易出現(xiàn)淬硬傾向，易形成高碳馬氏體，使得焊縫處硬度提高、塑性下降而產(chǎn)生冷裂紋，這與冷裂紋敏感系數(shù)0.497具有較明顯的冷裂紋傾向相一致，氫致冷裂紋是低合金結(jié)構(gòu)鋼焊接接頭最危險(xiǎn)的缺陷。

1.2 焊接工藝性分析

在室溫條件下，該工件采用CO2氣體保護(hù)焊，對(duì)接或嵌入板材接頭處均為單側(cè)V型接頭。根據(jù)該批回廠板材試驗(yàn)報(bào)告知，其屈服強(qiáng)度為480 MPa，抗拉強(qiáng)度為650 MPa，根據(jù)等強(qiáng)匹配原則焊接選用50 kg級(jí)的ER50-6焊絲（焊絲直徑φ1.2 mm）。焊接電流I=280～300 A，焊接電壓V=28～32 V。焊前采用烤槍對(duì)焊縫及其兩側(cè)50 mm范圍內(nèi)進(jìn)行150～200℃（紅外測(cè)溫儀測(cè)溫）局部預(yù)熱處理，焊后無(wú)保溫緩冷措施空氣中冷卻，可能會(huì)因?yàn)槔渌偬煲痖_(kāi)裂。

1.3 坡口形式分析

通過(guò)對(duì)整個(gè)機(jī)架體進(jìn)行觀察，其它U型或V型焊縫無(wú)一處開(kāi)裂。只有單V一側(cè)出現(xiàn)開(kāi)裂，坡口形式如圖3所示。該處焊接時(shí)熔合較差，且相對(duì)坡口其它位置冷卻速度較快，易出現(xiàn)裂紋。通過(guò)材料成分分析出厚板Q460C焊接性能較差，且缺少焊后保溫措施，導(dǎo)致空冷放置后延遲裂紋的產(chǎn)生。

圖3 焊接坡口示意圖

2 解決措施

Q460C鋼的碳當(dāng)量較高，含有較多的沉淀強(qiáng)化元素，在焊接過(guò)程中，線能量不宜過(guò)大，否則會(huì)出現(xiàn)過(guò)熱區(qū)的脆化和軟化；線能量也不能過(guò)小，否則會(huì)因冷速過(guò)快而出現(xiàn)淬火組織或冷裂紋。因此，在焊接時(shí)，要同時(shí)兼顧過(guò)熱與冷裂紋兩方面的問(wèn)題，這方面我們前期已經(jīng)充分考慮到，焊接參數(shù)設(shè)置沒(méi)有問(wèn)題。

通過(guò)裂紋處焊縫的形式和結(jié)構(gòu)的分析，只要能降低此處的冷卻速度就可以解決此問(wèn)題。

2.1 焊接工藝控制

根據(jù)低碳高強(qiáng)度鋼要求焊前預(yù)熱、焊后保溫緩冷的原則，可以采用焊后放入溫度為200℃的加熱爐內(nèi)，確保焊后緩冷。或采用陶瓷電加熱片覆蓋在工件上以實(shí)現(xiàn)保溫緩冷。

2.2 坡口設(shè)計(jì)改進(jìn)

焊接接頭設(shè)計(jì)時(shí)，盡量避免一側(cè)I型坡口，可以將坡口形式設(shè)計(jì)成兩側(cè)V型，增加焊縫填充量，以減小熔合區(qū)焊縫的冷卻速度。

2.3 焊接操作設(shè)計(jì)

其它為了減少I(mǎi)型側(cè)的冷卻速度，可以在焊至該側(cè)時(shí)焊槍擺動(dòng)且稍微增加停留時(shí)間以增大該處的熔深，減少I(mǎi)型坡口的劣勢(shì)，同時(shí)人為在該處多焊接一層或一道。這樣第一道焊縫的焊接過(guò)程為第二道焊縫起到了預(yù)熱作用，而后一道焊縫又為前一道起到保溫緩冷目的，進(jìn)一步減緩了冷卻速度。本次機(jī)架體的修復(fù)就是采用2.3的方案。

3 結(jié) 論

我們?cè)谛庐a(chǎn)品中對(duì)坡口改進(jìn)、焊后緩冷和焊接操作改進(jìn)這三種方式均進(jìn)行了嘗試，三種方案均可以有效避免焊后裂紋的產(chǎn)生，保證了產(chǎn)品的焊接質(zhì)量。但是從生產(chǎn)效率的角度考慮采用第三種方式更為合理。