Q460D 低合金高強度鋼的焊接工藝分析

楊志強 郭海鵬

北方重工集團有限公司 工藝研究部焊接工藝所 遼寧沈陽 110000

自移式轉載機是國內外機械化采煤運輸系統(tǒng)中普遍采用的一種中間轉載輸送設備，其高精度，高自動化的特點已成為采運區(qū)輸送系統(tǒng)中最重要的設備之一。

自移式轉載機履帶裝置是自移式轉載機中的重要部件，其車架（圖1）采用的是低合金高強度鋼Q460D 材質的全焊接結構件，由于自身承受載荷大、地面不平等復雜的工況條件，對其制造工藝尤其是焊接工藝方法的制訂是非常必要的[1]。

焊接工藝的選擇必須通過焊接工藝評定試驗來確定，其目的是：驗證施焊擬訂的焊接工藝是否正確；評價施焊單位能否焊出符合相關要求的焊接接頭。在此詳述了自移式轉載機履帶裝置車架構件的焊接工藝評定過程，并以此探討采用CO2氣體保護焊焊接Q460D鋼中厚板的工藝規(guī)程。

圖1 履帶裝置車架

1 Q460D 低合金結構鋼主要成分及力學性能

Q460 低合金高強度結構鋼的力學性能為屈服強度460MPa，抗拉強度550-720MPa。Q460 低合金高強度結構鋼的化學成分（%）：W（C）≤0.2，W（Si）≤0.55，W（Mn）=1.0-1.5，W（S）≤0.035，W（P）≤0.035，W（Cr）≤0.7，W（Ni）≤0.7，W（Ti）=0.02-0.2，W（Nb）=0.015-0.06

2 履帶裝置車架焊接工藝評定

2.1 焊接方法的選擇

CO2氣體保護焊具有如下優(yōu)點：電弧穿透力強；焊接電流密度大、焊絲熔化率高；電弧熱量集中，受熱面積小，焊接速度快，焊接變形小；焊縫含氫量低，焊接低合金高強度鋼時的冷裂紋傾向小，因此采用CO2氣體保護焊焊接試件。

2.2 焊接材料的選擇

焊絲的力學性能和化學成分應與焊件的力學性能和化學成分相匹配，并要求含碳量低，有足夠的脫氧元素，保證焊縫具有滿意的抗裂性能。故選擇ER55-G 型號的CO2氣體保護焊用焊絲，直徑Φ1.2mm，其化學成分和力學性能需要經過焊縫熔敷金屬試驗檢驗合格后才能使用。與Q460D 的化學成分與力學性能進行對比，確定選擇ER55-G 型焊絲能夠滿足焊接要求[2]。

2.3 焊接工藝參數(shù)的確定

（1）焊前預熱及焊后熱處理。低合金鋼焊接具有熱裂紋、冷裂紋、淬硬傾向及氫致裂紋敏感性強等主要特點。碳當量是判斷焊接性最簡便的方法之一。碳當量是指把鋼中合金元素（包括碳的含量）按其作用換算成碳的相當含量。隨著碳當量的增加，鋼的塑性急劇下降，并且在高應力的作用下，產生焊接裂紋的傾向也大為增加，焊接時有明顯的淬硬傾向。因此焊接時，需要較小的熱輸入。同時，氫致裂紋是低合金結構鋼焊接接頭最危險的缺陷，所以需要采取適當預熱，控制線能量等工藝措施。

碳當量Ceq（IIW）計算公式：

Ce=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15

計算得出Q460D 鋼的碳當量為0.62%，計算得知Q460D 鋼含碳量較低，而含錳量較高，因而具有較好的抗熱裂性能，但其淬硬傾向顯著（Ceq ＞0.4%），容易冷裂，必須嚴格控制焊接熱輸入和采取預熱工藝措施。以防止冷裂紋的產生。根據(jù)實驗分析，預熱溫度控制在150℃。

由于焊接接頭的熔合區(qū)，熱影響區(qū)容易產生淬火組織，為了降低焊縫的硬度，改善組織，消除焊接殘余應力，因此，焊后需經600℃-650℃，保溫2-3 小時的回火處理。

（2）確定焊接工藝參數(shù)及措施。焊接采用多層多道焊。焊接工藝參數(shù)為電流（A）180-240，電壓（V）20-30，CO2氣體純度大于99.8%，焊前應去除坡口內及兩側不少于20mm范圍內的水、油等雜物；熔透焊縫應采用碳弧氣刨清根并打磨掉滲碳層再焊接，多層焊層應去除焊渣等雜質。

（3）焊接工藝評定設計及力學性能測試結果。車架主要由板厚為10mm、20mm、24mm、30mm、50mm 的鋼板組成。評定采用AWSD1.1M 美國鋼結構焊接規(guī)范做為評定標準。根據(jù)此標準設計試件厚度為25mm，坡口型為單面V 型60 度坡口，試板尺寸610mmX360mm。

試件焊好后對焊縫全長進行無損檢測，檢測合格的焊縫按相關標準進行力學性能測試。測試合格標準為：焊縫金屬抗拉強度及斷后伸長率不得低于母材標準值；彎曲試驗時受拉面裂紋總長度不大于試樣寬度的15%；

各試件力學性能測試中拉伸試驗的抗拉強度分別為658Mpa，670Mpa，665Mpa，斷裂部位均在母材處。彎曲試驗中試件彎曲后均沒有發(fā)現(xiàn)裂紋。

從以上測試結果可以看出，采用擬定的焊接條件及工藝參數(shù)焊接的試件，焊縫各項力學性能指標都達到了標準規(guī)定的要求，可以借此來制定車架的焊接工藝規(guī)程[3]。

3 結語

車架制造完成后，經過驗收和試車，未發(fā)現(xiàn)焊縫變形和開裂現(xiàn)象，焊接性能達到了設計要求。通過車架所采用的Q460D 低合金高強度結構鋼的焊接實踐，可以得出以下結論：

（1）焊接工藝評定所選擇的焊接方法、焊絲型號、焊接工藝參數(shù)及措施能夠焊接出合格的焊接接頭。各項焊接條件及工藝參數(shù)可以作為制定車架焊接工藝規(guī)程的依據(jù)。

（2）本次焊接工藝評定合格的焊縫類型、厚度基本上覆蓋了中厚板的焊接，因此本次焊接工藝評定所采用的焊接條件及工藝參數(shù)可以作為制訂Q460D 中厚板焊接工藝規(guī)程的參考。