1、Q460低合金高強度鋼的焊接工藝分析 藺云峰 （山西焦煤霍煤電集團機電總廠，山西霍州，031412） 摘要：介紹了Q460低合金結構鋼的主要成分、力學性能，給出了焊接Q460低合金高 強度鋼的焊接應選用的焊接材料和焊接設備，對焊接過程中存在的主要問題提出了解決的辦法。關鍵詞：Q460；焊接工藝；焊接性能液壓支架的作用是有效地支撐工作面的頂板，隔離采空區， 防止矸石進入回采工作面和推進輸送機。它與采煤機和輸送機配套使用，實現采煤綜合機械化。其使用壽命取決于本身結構的質量。由于支架結構件工作環境惡劣，使用過程中承受動、靜載荷，存在應力腐蝕現象等。為了保證支架結構件在使用過程中動作可靠，支架尺寸穩定

2、性的要求，以及預防焊接過程中產生冷裂 紋、 熱裂紋及氣孔現象，我公司液壓支架結構件大多采用Q460低合金高強度鋼。經過反復試驗，我們完善了Q460低合金高強度鋼的焊接工藝。1Q460低合金結構鋼主要成分及力學性能 （1）Q460低合金高強度鋼是在16Mn鋼的基礎上加入Cr，Ni，V，Ti等合金元素煉制而成。釩和鈦的加入，能使鋼材強度增高，同時又能細化晶粒，減少鋼材的過熱傾向。Q460低合金高強度結構鋼的力學性能見表1，Q460低合金高強度結構鋼的成分見表2。 （2）焊接性分析。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

3、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。表1 Q460低合金高強度結構鋼的力學性能 牌號 屈服強度s/MPa 抗拉強度/MPa 伸長率5/%Q460 460 550720 17表2 Q460低合金高強度結構鋼的成分（）w（C）w（Si）w（Mn） w（S） w（P）5w（Cr）w（Ni）w（Ti） w（Nb）0.2 0.55 1.01.7 0.

4、035 0.03 0.7 0.7 0.020.2 0.0150.062焊接材料及焊接設備的選用（1）結合性能與使用性能是選用焊材的決定因素。對焊 縫的力學性能要求，抗拉強度就是由結合性能與使用性能決定的。同時，考慮等強度的原則，選擇H08MnMoA焊絲.（2）點焊時選用E5515堿性焊條，此焊條熔敷金屬抗拉強度最小值為550MPa，適用于全位置焊接，藥皮為低氫鈉型。采用直流反接焊接。用此焊條，由于脫氧完全，合金過渡容易，能有效地 降低焊縫中的氫、氧、硫；焊縫中的力學性能和抗裂性能均比酸性焊條好。焊接時采用短弧焊。（3）焊接設備選用OTC500CO2氣體保護焊機。采用CO2氣體保護焊的焊接方法，

5、其焊接效率高，沒有熔渣，熔池可見度好，熱量集中，焊接熱影響區窄，焊接變形小，焊接接頭含氫量低。焊接工藝參數見表4焊接 焊絲直徑 /焊絲伸出長度 /焊接電流 /電弧電壓 氣體流量/層次 mm mm A /V （L/min）打底焊 1.2 20 90110 1820 1015填充焊 1.2 20 220240 2426 20蓋面焊 1.2 20 250270 27 203焊接工藝要求 （1）由于液壓支架的底座，頂梁，掩護梁，前、后連桿及側護 板，大部采用Q460鋼板，且厚度為16mm60mm，所以，下料由數控切割機下料，嚴格控制切割速度為200mm/min300mm/min，為下道工序保證點裝尺寸

6、做好基礎。坡口由雙工位機架人，或手工切割而成。 （2）點裝前，坡口及坡口兩側50mm范圍內用手動砂輪機將水、油污、銹皮等清理干凈，直到露出金屬光澤。 （3）焊接順序。合理的焊接順序是防止焊接變形的最重要的 環節，焊接時按照先四周主筋板，后其他筋板、 隔板；先縱焊縫后橫焊縫；先里后外；對稱交錯的原則對結構件進行施焊，可有效地防止結構件的焊接形變。 （4）當環境溫度高于5時，焊接Q460鋼板時可不預熱，當環境溫度低于5時，可將Q460鋼板預熱到100150， 并且焊后需及時用石棉被蓋住，防止冷卻速度過快，產生裂紋，焊接20mm的厚板時，采用多層多道焊接方法，一般為三層三道焊接，并且層間溫度不低于1

7、00左右，焊后一般采用500 560回火處理， 防止產生裂紋。焊接過程中，最好2個人同時對稱焊接，并且輪流焊接，這樣不至于結構件降溫后需重新預熱4. Q460鋼板焊接過程中存在的問題及解決辦法 4.1應變時效引起的局部脆性斷裂 （1）在液壓支架使用過程中，結構件損壞往往是由于應變時效引起的局部脆性斷裂。 應變時效引起的局部脆性：Q460鋼材經過剪切、壓彎等冷加工后，會產生一定的塑性變形。在液壓支架生產過程中，有許多筋板、 隔板需要剪板機剪切，還有許多弧板、蓋板需要用壓力機壓彎，最后又經過200400溫度范圍內的加熱就會引起應 變時效。焊接時， 金屬受到熱循環的作用，特別是在熱影響區的某些尖端附

8、近或多層焊道中已焊完焊道中的缺陷附近，將產生較大的應力應變集中，從而引起較大的塑性變形。這種塑性變形在焊接熱循環的作用下，也會引起應變時效，稱為熱應變脆化，其結果使接頭局部脆化，同時熱應變脆化大大降低了材料塑性，提高了材料的脆性轉變溫度，使材料的缺口韌性下降。（2）對策。焊后對液壓支架的結構件整體高溫回火熱處理，可消除8090的殘余應力，而且能夠改變局部脆性。具體措施 是將焊件整體放入加熱爐中，并緩慢加熱至500560， 經一段時間（2h）保溫后，隨爐冷卻（50100）至200300以下出爐。出爐后立即用石棉被蓋住，防止冷卻過快。如不及時消除，內應力與外加載荷疊加在一起，將引起材料發生意外的斷

9、裂。4.2液壓支架焊接過程中的應力與變形4.2.1產生焊接殘余應力的主要原因 焊接時，不均勻地加熱與冷卻是產生焊接殘余應力的主要原因。一般來說，在焊接條件下主要存在溫度應力、組織應力、拘 束應力、 氫致應力。4.2.2控制焊接殘余應力的措施 （1）選擇合理的裝配焊接順序。施焊時，要考慮到焊縫盡可能地收縮以減少結構的拘束度，從而降低焊接殘余應力。一般來說，應先焊錯開的短焊縫，再焊直通長焊縫。這樣能最大限度地讓焊縫收縮，減少焊接殘余應力。 （2）選擇合理的焊接參數。對于需嚴格控制焊接殘余應力的工件，焊接時盡可能采用較小的焊接電流和較快的焊接速度，來減少焊件的受熱范圍，從而減少殘余應力。 （3）焊接

10、過程中采用多層多道焊接，且每次的焊縫長度要短，并且控制層間溫度不低于規定值。在每道焊縫冷卻過程中，采用錘擊焊縫方法，可以降低焊縫的殘余應力的2550。 （4）采用加熱“減應區”法。加熱“減應區”法就是在焊接或焊補剛度較大的結構時，通過加熱影響焊接區自由伸縮的部位即 所謂的 “減應區”，使之與焊接區的膨脹和收縮協調進行，從而起到減少焊接殘余應力的作用。 （5）在生產實際過程中，往往還可采用反變形法來降低結構的局部剛性而有效地控制殘余應力。 （6）對焊縫區域施加振動載荷，使振源與結構件發生穩定的共振，利用穩定共振產生的變載應力，使焊縫區域產生塑性變形，以達到消除焊接殘余應力的目的。 （7）預熱法。焊接溫差越大，殘余應力也越大，因此焊前預