Q460D 低合金高强度钢的焊接工艺分析

杨志强 郭海鹏

北方重工集团有限公司 工艺研究部焊接工艺所 辽宁沈阳 110000

自移式转载机是国内外机械化采煤运输系统中普遍采用的一种中间转载输送设备，其高精度，高自动化的特点已成为采运区输送系统中最重要的设备之一。

自移式转载机履带装置是自移式转载机中的重要部件，其车架（图1）采用的是低合金高强度钢Q460D 材质的全焊接结构件，由于自身承受载荷大、地面不平等复杂的工况条件，对其制造工艺尤其是焊接工艺方法的制订是非常必要的[1]。

焊接工艺的选择必须通过焊接工艺评定试验来确定，其目的是：验证施焊拟订的焊接工艺是否正确；评价施焊单位能否焊出符合相关要求的焊接接头。在此详述了自移式转载机履带装置车架构件的焊接工艺评定过程，并以此探讨采用CO2气体保护焊焊接Q460D钢中厚板的工艺规程。

图1 履带装置车架

1 Q460D 低合金结构钢主要成分及力学性能

Q460 低合金高强度结构钢的力学性能为屈服强度460MPa，抗拉强度550-720MPa。Q460 低合金高强度结构钢的化学成分（%）：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 履带装置车架焊接工艺评定

2.1 焊接方法的选择

CO2气体保护焊具有如下优点：电弧穿透力强；焊接电流密度大、焊丝熔化率高；电弧热量集中，受热面积小，焊接速度快，焊接变形小；焊缝含氢量低，焊接低合金高强度钢时的冷裂纹倾向小，因此采用CO2气体保护焊焊接试件。

2.2 焊接材料的选择

焊丝的力学性能和化学成分应与焊件的力学性能和化学成分相匹配，并要求含碳量低，有足够的脱氧元素，保证焊缝具有满意的抗裂性能。故选择ER55-G 型号的CO2气体保护焊用焊丝，直径Φ1.2mm，其化学成分和力学性能需要经过焊缝熔敷金属试验检验合格后才能使用。与Q460D 的化学成分与力学性能进行对比，确定选择ER55-G 型焊丝能够满足焊接要求[2]。

2.3 焊接工艺参数的确定

（1）焊前预热及焊后热处理。低合金钢焊接具有热裂纹、冷裂纹、淬硬倾向及氢致裂纹敏感性强等主要特点。碳当量是判断焊接性最简便的方法之一。碳当量是指把钢中合金元素（包括碳的含量）按其作用换算成碳的相当含量。随着碳当量的增加，钢的塑性急剧下降，并且在高应力的作用下，产生焊接裂纹的倾向也大为增加，焊接时有明显的淬硬倾向。因此焊接时，需要较小的热输入。同时，氢致裂纹是低合金结构钢焊接接头最危险的缺陷，所以需要采取适当预热，控制线能量等工艺措施。

碳当量Ceq（IIW）计算公式：

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

计算得出Q460D 钢的碳当量为0.62%，计算得知Q460D 钢含碳量较低，而含锰量较高，因而具有较好的抗热裂性能，但其淬硬倾向显著（Ceq ＞0.4%），容易冷裂，必须严格控制焊接热输入和采取预热工艺措施。以防止冷裂纹的产生。根据实验分析，预热温度控制在150℃。

由于焊接接头的熔合区，热影响区容易产生淬火组织，为了降低焊缝的硬度，改善组织，消除焊接残余应力，因此，焊后需经600℃-650℃，保温2-3 小时的回火处理。

（2）确定焊接工艺参数及措施。焊接采用多层多道焊。焊接工艺参数为电流（A）180-240，电压（V）20-30，CO2气体纯度大于99.8%，焊前应去除坡口内及两侧不少于20mm范围内的水、油等杂物；熔透焊缝应采用碳弧气刨清根并打磨掉渗碳层再焊接，多层焊层应去除焊渣等杂质。

（3）焊接工艺评定设计及力学性能测试结果。车架主要由板厚为10mm、20mm、24mm、30mm、50mm 的钢板组成。评定采用AWSD1.1M 美国钢结构焊接规范做为评定标准。根据此标准设计试件厚度为25mm，坡口型为单面V 型60 度坡口，试板尺寸610mmX360mm。

试件焊好后对焊缝全长进行无损检测，检测合格的焊缝按相关标准进行力学性能测试。测试合格标准为：焊缝金属抗拉强度及断后伸长率不得低于母材标准值；弯曲试验时受拉面裂纹总长度不大于试样宽度的15%；

各试件力学性能测试中拉伸试验的抗拉强度分别为658Mpa，670Mpa，665Mpa，断裂部位均在母材处。弯曲试验中试件弯曲后均没有发现裂纹。

从以上测试结果可以看出，采用拟定的焊接条件及工艺参数焊接的试件，焊缝各项力学性能指标都达到了标准规定的要求，可以借此来制定车架的焊接工艺规程[3]。

3 结语

车架制造完成后，经过验收和试车，未发现焊缝变形和开裂现象，焊接性能达到了设计要求。通过车架所采用的Q460D 低合金高强度结构钢的焊接实践，可以得出以下结论：

（1）焊接工艺评定所选择的焊接方法、焊丝型号、焊接工艺参数及措施能够焊接出合格的焊接接头。各项焊接条件及工艺参数可以作为制定车架焊接工艺规程的依据。

（2）本次焊接工艺评定合格的焊缝类型、厚度基本上覆盖了中厚板的焊接，因此本次焊接工艺评定所采用的焊接条件及工艺参数可以作为制订Q460D 中厚板焊接工艺规程的参考。