中厚板高強鋼Q460C 高效氣保焊工藝實驗研究

崔敏民，陰 旭

（1.太原重型機械集團有限公司，山西 太原 030024；2.太原科技大學，山西 太原 030024）

引言

隨著大型結構件制造技術的逐漸成熟，工程機械、煤炭機械、電力建設、鋼結構等行業廣泛應用厚板與大厚板，而且對焊接的效率、質量要求也越來越高，傳統氣保焊焊接工藝已無法滿足中厚板所需的高質、高效焊接要求[1-2]。Q460C 鋼焊接結構件因其擁有良好的疲勞性能、高的強度，優異的低溫韌性等特點被大量應用于高強度的工業工程機械制造中[3]，如壓力容器車架、煤礦液壓支架、起重機吊臂支腿等在大壓力下工作的機械部件，除此外還應用于橋梁、造船、遠洋工作平臺、交通運輸機、農機機械、鋼結構件等諸多領域[4]。

1 Q460C的焊接性能分析

試驗用Q460C 鋼化學成分見表1，Q460C 鋼的力學性能見表2[5]。

表1 Q460C 鋼化學成分 %

表2 Q460C 鋼的力學性能表

根據Q460C 鋼化學成分，計算所得Q460C 母材碳當量為0.63%和冷裂紋敏感系數0.42%，焊接性一般，焊前需要預熱。

2 焊接工藝過程

2.1 焊接電源的選擇

雙絲雙弧氣保焊工藝裝備是由2 臺焊機、2 臺送絲機、1 把專用雙絲焊槍等組成，兩個送絲機通過兩根送絲管分別將兩根焊絲送進焊槍中兩個獨立的導電嘴，在雙電弧中被熔化，形成一個共同的熔池。兩臺獨立的全數字化脈沖逆變電源分別控制兩個送絲機，通過兩根送絲管分別將兩根焊絲送進焊槍中兩個獨立的導電嘴，兩臺電源之間協同控制，精確控制兩臺電源脈沖輸出，即前絲處于脈沖峰值時，后絲處于脈沖基值，相位相差180°，如圖1、圖2 所示，這是雙絲焊工藝達到穩定、低飛濺效果的基本前提。選用山東奧泰NBC-500 高效焊機,該電源內置專家數據庫，適用于多種氣體、多種焊絲直徑的焊接；采用高速DSP 控制焊接波形，焊縫成形更加細膩，表面更光滑。

圖1 脈沖形式

圖2 二根焊絲的位置關系

2.2 焊接材料

本次實驗選擇的焊絲是GHS90 實心焊絲，焊絲是Φ1.2 mm，其化學成分及熔覆金屬力學性能見表3 和表4。焊前，避免氫的產生，要注意除油、銹、水等成分。

表3 GHS90 焊絲的化學成分 %

表4 GHS90 焊絲熔敷金屬力學性能

2.3 保護氣體的選擇

焊接采用80%Ar+20%CO2（φ（Ar）=80%，φ（CO2）=20%）混合氣體保護熔池，同時可優化熔滴過渡型式，有效地細化熔滴、減小飛濺、此外，由于加入大量的氬氣，可減少合金元素的燒損[6]。

2.4 焊接工藝參數

焊接采用雙絲大熔深脈沖工藝可以實現10 mm厚平板對接，免坡口，免清根，單面焊雙面成型；焊接電流300～350 A，焊接電壓35～38 V，焊接速度1.2 m/min，預熱溫度220 ℃。相比傳統工藝開坡口、清根、雙面焊接，節省開坡口和清根工序，節省填充材料和焊接時間，效率得到了極大的提高。

2.5 焊后無損檢測

焊接24 h 后，采用超聲波探傷對焊接接頭表面進行無損檢測，驗收等級符合SO 11666 II 級，結果無缺陷。

3 實驗結果及分析

3.1 焊接接頭組織及分析

圖3 為焊縫金屬的金相組織，圖4 是熱影響區的金相圖，從圖中可以看出，焊縫區的微觀結構由針狀鐵氧體和微量粒狀貝氏體構成。針狀鐵氧體小型，自由取向，大角度晶界，裂紋生長阻力良好。熱影響區的微觀結構主要是板狀馬氏體和貝氏體。

圖3 焊縫金屬組織圖

圖4 熱影響區金屬組織

3.2 力學性能檢測

焊后采用萬能試驗機對焊接接頭的各項力學性能指標進行測試，結果表明：Q460C 焊接接頭拉板的抗拉強度為825 MPa，斷裂位置發生在Q460C 母材上，抗拉強度于Q460C的標準最高抗拉強度；焊縫及兩側熱影響區沖擊功均不小于27 J，兩側焊接熱影響區均沒有出現韌性下降的情況，焊縫表面及熱影響區的硬度（HV）分別為343 和288，整個焊接接頭的硬度（HV）≤380，各項力學性能試驗均為合格。

4 結論

選用山東奧泰NBC-500 高效焊機及GHS90 實心焊絲，可以實現中厚板10 mm 厚Q460C 鋼的雙絲雙弧大熔深氣保焊接，并且在不開坡口的形式下可以獲得較高的焊接速度，焊接無缺陷，焊接接頭的硬度及沖擊功力學性能指標均滿足標準要求。