SCQUY型55t履帶起重機臂架焊接工藝研究

王蒙，劉順潮，廖良金，胡曉微，張貝

（中車石家莊車輛有限公司，河北 石家莊 051430）

履帶起重機具有起重量大、可帶重行走、接地比壓小、作業靈活等優勢。臂架是履帶起重機承載和運送重物的關鍵部件，由于臂架工作的特殊環境及高風險性，采用高強度無縫鋼管制造臂架，對減輕自重、提高承載力有重要的意義。中車石家莊車輛有限公司生產的SCQUY型55t履帶起重機，臂架主弦管采用20Mn2鋼管（φ76×8）制造，腹管采用20鋼管（φ42×3）制造，兩種材料的化學成分如表1所示。本文通過對履帶起重機臂架3m接架焊接工藝過程以及異種鋼焊接接頭的焊接性進行研究和分析，擬定出了20Mn2主弦管與20腹管異種鋼的焊接工藝參數、焊接順序以及焊接操作方法等，并在3m接架的批量生產過程中得到應用，有力地保證了焊接質量。

圖1 3m接架主視圖

表1 兩種材料的化學成分，wt %

1 焊接性分析

20Mn2鋼與20鋼主要以C-Mn為主，并輔以少量的合金元素，主要采用碳當量計算法評定其焊接性。鋼的冷裂紋敏感性主要根據合金元素含量來評定，以國際焊接學會推薦的CE(IIW)應用最廣，主要適用于中高強度的非調質低合金鋼（Rm=400～700MPa，C≥0.18%）。

兩種鋼的碳當量計算結果：

對于板厚小于20mm的鋼材，若CE（IIW）＜0.4%，則淬硬傾向不大，焊接性良好；若CE（IIW）=0.4%～0.6%，尤其是大于0.5%時，鋼材易淬硬，說明焊接性已經變差，需采用合理的熱輸入量或者焊前預熱措施防止焊接裂紋產生。

由（2）式可知20Mn2鋼管熱影響區（HAZ）對冷裂紋敏感度較高，HAZ對焊接熱輸入敏感，焊接性較差，因此，在焊接時應嚴格控制熱輸入；由（3）式可知，20鋼管冷裂紋敏感度較低，焊接性良好。

2 焊接工藝

2.1 焊接方法及焊接材料選擇

在選擇焊接方法時，既要保證滿足異種鋼焊接接頭的質量要求，又要盡可能考慮生產效率和經濟效益。通過以上分析，主弦管與腹管焊接應采用熱能集中，熱輸入較小的焊接方法；選用低碳、雜質少的填充材料，焊接時填滿弧坑，保持良好的焊縫成型。采用Panasonic YD-500FR氣體保護焊機進行焊接，保護氣體為80%CO2+20%Ar，焊絲選用金橋集團生產的ER50-6焊絲，規格為1.2mm。

2.2 焊前準備

焊接前，需對各個部件進行檢查，合格后方可進入組裝工序。待焊部位表面和邊緣應光潔、整齊、無毛剌、無裂紋等，不得有松散或很厚的氧化皮、渣皮、銹蝕、油污或其他雜質。焊接前，不得將防飛濺液直接噴在施焊部位，應噴在焊縫部位以外的區域。焊接環境溫度不得低于-10℃，如低于上述要求則不允許施焊，應采取加熱或防護措施，確保接頭焊接處各方向不小于2倍板厚且不小于100mm范圍內的母材溫度，不低于20℃；焊接區域的相對濕度不得大于90%；焊接區域內應適當采取防風措施，如使用擋風板等，應特別注意防止風扇直吹焊接作業區域。

2.3 焊接工藝參數

焊接工藝參數如表2所示，焊接位置為平角焊。

2.4 焊接過程控制

2.4.1 組裝定位焊

定位焊工藝應與正式焊接相同，應處于易于打磨的位置，定位焊不得有裂紋、氣孔、未焊透等缺欠，定位焊存在上述缺欠時，應打磨掉重新焊接。

表2 焊接工藝參數

為了保證臂架完整性，焊接時，禁止在主弦管或腹管上使用工藝拉筋，必須使用工藝拉筋時應在主弦管端頭多余部位焊接。

2.4.2 正式焊接

（1）焊接操作方法及順序。將組裝好的臂架放置在焊接平臺上，兩名焊工分別從臂架兩側同時施焊。進行主弦管與豎直方向的腹管的焊接。焊接時，先焊接主弦管中間部位與腹管的焊縫，采用先焊相貫線內側半段再焊相貫線外側半段的方法進行焊接。中間部位的焊縫焊接完成后，向主弦管兩側左右交替焊接，同樣采取先焊相貫線內側半段再焊相貫線外側半段的方法進行焊接。

全部豎直方向腹管與主弦管的焊縫焊接完成后，將臂架順時針翻轉90°，按照上面的方法依次焊接主弦管與豎直方向腹管的焊縫。焊接完成后，繼續將臂架順時針翻轉90°，直到完成所有主弦管與豎直方向腹管焊縫的焊接。四根主弦管所形成四個面上的與腹管的焊縫焊接完成后，焊接對角線方向的斜拉腹管與主弦管的焊縫，焊接斜拉腹管與主弦管焊縫的時候采用對稱焊接的方法，先焊完平臺平面上斜拉腹管與主弦管焊縫的焊接，再將臂架翻轉180°進行對角斜拉腹管與主弦管焊縫的焊接。

（2）焊接生產中的注意事項。相貫線采用分兩段焊接，焊后半段時起點和終點都要與前半段搭接一段，搭接長度以10mm為宜。焊接中應控制合適的焊接速度，確保表面質量和熔合良好。焊槍角度應適當朝向管壁較厚的主弦管方向，焊接收弧時，回燒一段保證熔合。焊接過程中，應避免產生裂紋、未熔合、咬邊、氣孔等缺欠；焊接完畢，清理焊縫表面的熔渣飛濺物。

3 結語

（1）用富氬氣體保護焊和ER50-6焊絲進行主弦管與腹管的焊接，焊接接頭經外觀和濕法磁粉探傷檢測一次合格率達90%以上。

（2）采用本文的焊接工藝參數以及焊接順序進行批量生產后，焊接質量和焊接變形控制良好，滿足設計和使用要求，根據用戶反饋的，目前為止，沒有發生一例因為臂架焊接失效產生的安全問題。

（3）3m接架主弦管與腹管的焊接工藝是合理的，是符合產品圖紙設計要求的。