杨杰
【摘 要】分析了行走式液压支架用材料Q550D低合金高强度钢的化学成分、力学性能特点及Q550D碳当量、冷裂纹敏感性等焊接性能,就其焊接材料、焊接工艺、焊后处理及检验等进行研究.最终确定焊前预热,焊中保温,焊后热处理焊接工艺,在施工期间通过严格控制焊接电流、焊接速度、层间温度等确保焊接质量,结果未出现焊接不良、裂纹等焊接缺陷,满足了设备的使用要求. 【期刊名称】电视机模具《煤矿机电》
【年(卷),期】2019(040)003
【总页数】4页(P42-44,47)
【关键词】履带行走式液压支架;低合金高强度钢(Q550D);焊接性能;焊接工艺;无损检测
【作 者】杨杰
【作者单位】豆袋弹中国煤炭科工集团太原研究院有限公司,山西太原030006
【正文语种】中 文
【中图分类】TD355+.41
0 引言
履带行走式液压支架是短壁化机械开采安全有效的支护设备，通过对煤层顶板的支护，为井下工作人员及运行设备提供一个相对安全的作业空间。可以有效地解决煤矿边角煤、煤柱开采时的支护难题，消除大面积悬顶所造成的安全隐患，延长矿井的使用寿命，提高煤炭能源回收率。因此，提高行走支架的可靠性和安全性是课题主要研究方向。目前太原院生产的行走支架已满足国内生产需求，为减轻支架本身质量，便于组织生产物料，结构件材质选择为低合金高强度钢Q550D。由于行走支架结构较为复杂，多为钢板焊接而成的箱体式结构，焊接易产生变形，同时在使用过程中，承受动载荷、静载荷较大，这就对低合金高强度钢Q550D焊接质量提出更高要求。为避免出现冷裂纹及淬硬组织，本文对Q550D的焊接工艺进行探讨。图1为履带式行走液压支架实样图。
图1 履带式行走液压支架实样图
1 Q550D主要化学成分及力学特性
Q55D是一种屈服强度为550MPa低合金高强度贝氏体钢材。现选择某钢厂工艺生产的热轧Q550D钢板，化学成分及力学性能如表1、表2所示。从化学成分中看出C含量为0.153%，淬硬性较低，另外加入合金元素Mn、Si、Cr、Mo可提高钢的强度、耐磨性、可塑性，提高钢的抗冲击能力，同时P、S等有害化学元素含量低，Q550D综合力学性能较优。
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表1 Q550D钢板化学成分表 %元素类型CSiMnPSNiCrNbTiMoBAlsCFV质量分数0.1530.241.280.0250.0070.010.190.0160.0170.1970.001 40.0280.45
表2 Q550D钢板力学性能抗拉强度/(N·mm-2)屈服强度/(N·mm-2)伸长率/%V型缺口冲击功(-20 ℃)/J66458219240
2 Q550D焊接性能分析
2.1 低合金高强度钢Q550D的碳当量计算
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根据国际焊接学会推荐的碳当量计算公式，CE(IIW)=Wc+WMn/6+W(Cr+Mo+V)/5+W(Ni+Cu)/15=0.153%+0.213%+0.167%+0.000 7%≈0.533%。当碳当量CE(IIW)=0.40%～0.60%焊接热影响区具有淬硬倾向，且铁素体、珠光体、贝氏体、奥氏体组织分布不均匀，热影响区综合力学性能、疲劳性能和抗腐蚀性也不相同。行走支架结构件选择钢板厚度较厚，钢板焊接成箱体结构，焊接量大，在焊接过程中易产生焊接裂纹和粹硬组织等焊接缺陷、同时会有较大变形量，无法满足装配要求。
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2.2 冷裂纹的敏感性
焊接热影响区使金相发生变化，易于淬硬，大量氢分子聚集在熔合线附近，当氢达到一定浓度时，致使马氏体发生淬变，产生冷裂纹，冷裂纹具有延迟性特点，也称为延迟裂纹。焊接接头处含氢量最大，Q550D钢材在焊接前应采取焊接前预热，提高焊接接头性能，降低淬硬倾向，焊后进行去氢热处理措施，加热后保温缓冷，促进焊缝处氢分子扩散出金属表面。
2.3 行走支架保证支架稳定性
其结构件一般所选Q550D钢材板厚较厚，焊接热影响区塑性与韧性较差，为减小焊接后残余应力对焊缝的影响，应采取小线能量的多层多道焊，焊后进行消除应力的退火处理。
2.4 层状撕裂裂纹
低合金高强度钢板在厚度方向承受较大的拉应力，易使焊接结构件热影响区形成呈阶梯一种层状撕裂。为避免层状撕裂裂纹的产生，选用焊接材料强度应与母材相匹配，合理提高预热温度，控制层温，提高坡口尺寸精度。
3 焊接工艺研究
3.1 焊丝的选择
选择气保实芯焊丝，具有熔敷速度高，力学性能好，运行速度快等优点。为满足焊缝有较好的韧性，采用含Ni的焊丝；限制焊丝中P、S等有害杂质的含量；由于保护气体具有一定氧化性，为使易氧化的合金元素烧损掉，应选用含量较高的Si、Mn等脱氧元素。 根据GB/T 8110—2008《气体保护电弧焊用碳钢 低合金焊丝》，对比以下焊丝化学成分与力学性能见表3。
糖尿病检测仪表3 焊丝主要化学成分及力学性能焊丝型号C/%Mn/%Si/%S/%P/%Cr/%Ni/%Al/%Ti/%Mo/%V/%抗拉强度/MPa屈服强度/MPa伸长率/%ER69-10.081.25～1.800.20～0.550.0250.0250.301.4～2.10.10.100.25～0.550.05≥690≥610≥16ER69-50.04～0.121.2～2.20.4～0.9≤1.0--0.002～0.006-0.03～0.06≥650≥750≥22ER70-G≤0.100.50～0.801.40～1.80≤0.025≤0.0250.15～0.251.20～1.60-≤1.00.30～0.6-≥690≥610≥16ER50-60.06～0.151.5-2.00.80～1.15≤0.025≤0.025------≥561≥459≥24
通过对比，焊丝选择φ1.2 mm实芯焊丝ER69-5，焊接设备选择松下KR500ACo2气体保护焊机。
3.2 保护气体的采用
采用纯CO2焊接会产生较多飞溅，焊道外观差、焊缝成形不良，目前一般采用CO2+Ar混合气体，加入Ar气体，同时还可提高焊缝抗气孔能力，考虑成本控制，保护气体采用80%Ar+20%CO2。
3.3 焊接工艺的确定
在液压支架的实际生产中，一般焊接工艺为焊前预热→焊中保温→焊后热处理，具体为：
1) 坡口加工及定位焊。坡口加工采用数控等离子切割机，坡口两侧要严格清除水、油、铁锈等脏物。结构件定位点焊，可采用低合金焊条J607，因结构件较大，采用局部预热的方法，一般使用氧-乙炔加热方式，使用红外线点温计控制温度。因液压支架一般成对使用，为减小支架结构件变形量，采用背靠背拉筋方式对抗焊接变形。焊接方式尽量选用平焊和横焊，焊接过程中可设计使用工装，做好防倾倒措施。
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