中厚板高強(qiáng)鋼Q460C 高效氣保焊工藝實(shí)驗(yàn)研究

崔敏民，陰 旭

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

引言

隨著大型結(jié)構(gòu)件制造技術(shù)的逐漸成熟，工程機(jī)械、煤炭機(jī)械、電力建設(shè)、鋼結(jié)構(gòu)等行業(yè)廣泛應(yīng)用厚板與大厚板，而且對焊接的效率、質(zhì)量要求也越來越高，傳統(tǒng)氣保焊焊接工藝已無法滿足中厚板所需的高質(zhì)、高效焊接要求[1-2]。Q460C 鋼焊接結(jié)構(gòu)件因其擁有良好的疲勞性能、高的強(qiáng)度，優(yōu)異的低溫韌性等特點(diǎn)被大量應(yīng)用于高強(qiáng)度的工業(yè)工程機(jī)械制造中[3]，如壓力容器車架、煤礦液壓支架、起重機(jī)吊臂支腿等在大壓力下工作的機(jī)械部件，除此外還應(yīng)用于橋梁、造船、遠(yuǎn)洋工作平臺、交通運(yùn)輸機(jī)、農(nóng)機(jī)機(jī)械、鋼結(jié)構(gòu)件等諸多領(lǐng)域[4]。

1 Q460C的焊接性能分析

試驗(yàn)用Q460C 鋼化學(xué)成分見表1，Q460C 鋼的力學(xué)性能見表2[5]。

表1 Q460C 鋼化學(xué)成分 %

表2 Q460C 鋼的力學(xué)性能表

根據(jù)Q460C 鋼化學(xué)成分，計算所得Q460C 母材碳當(dāng)量為0.63%和冷裂紋敏感系數(shù)0.42%，焊接性一般，焊前需要預(yù)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(jī)、2 臺送絲機(jī)、1 把專用雙絲焊槍等組成，兩個送絲機(jī)通過兩根送絲管分別將兩根焊絲送進(jìn)焊槍中兩個獨(dú)立的導(dǎo)電嘴，在雙電弧中被熔化，形成一個共同的熔池。兩臺獨(dú)立的全數(shù)字化脈沖逆變電源分別控制兩個送絲機(jī)，通過兩根送絲管分別將兩根焊絲送進(jìn)焊槍中兩個獨(dú)立的導(dǎo)電嘴，兩臺電源之間協(xié)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(dá)到穩(wěn)定、低飛濺效果的基本前提。選用山東奧泰NBC-500 高效焊機(jī),該電源內(nèi)置專家數(shù)據(jù)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(xì)膩，表面更光滑。

圖1 脈沖形式

圖2 二根焊絲的位置關(guān)系

2.2 焊接材料

本次實(shí)驗(yàn)選擇的焊絲是GHS90 實(shí)心焊絲，焊絲是Φ1.2 mm，其化學(xué)成分及熔覆金屬力學(xué)性能見表3 和表4。焊前，避免氫的產(chǎn)生，要注意除油、銹、水等成分。

表3 GHS90 焊絲的化學(xué)成分 %

表4 GHS90 焊絲熔敷金屬力學(xué)性能

2.3 保護(hù)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(hù)熔池，同時可優(yōu)化熔滴過渡型式，有效地細(xì)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(shù)

焊接采用雙絲大熔深脈沖工藝可以實(shí)現(xiàn)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(yù)熱溫度220 ℃。相比傳統(tǒng)工藝開坡口、清根、雙面焊接，節(jié)省開坡口和清根工序，節(jié)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(jìn)行無損檢測，驗(yàn)收等級符合SO 11666 II 級，結(jié)果無缺陷。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)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(qū)的金相圖，從圖中可以看出，焊縫區(qū)的微觀結(jié)構(gòu)由針狀鐵氧體和微量粒狀貝氏體構(gòu)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(qū)的微觀結(jié)構(gòu)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(qū)金屬組織

3.2 力學(xué)性能檢測

焊后采用萬能試驗(yàn)機(jī)對焊接接頭的各項(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo)進(jìn)行測試，結(jié)果表明：Q460C 焊接接頭拉板的抗拉強(qiáng)度為825 MPa，斷裂位置發(fā)生在Q460C 母材上，抗拉強(qiáng)度于Q460C的標(biāo)準(zhǔn)最高抗拉強(qiáng)度；焊縫及兩側(cè)熱影響區(qū)沖擊功均不小于27 J，兩側(cè)焊接熱影響區(qū)均沒有出現(xiàn)韌性下降的情況，焊縫表面及熱影響區(qū)的硬度（HV）分別為343 和288，整個焊接接頭的硬度（HV）≤380，各項(xiàng)力學(xué)性能試驗(yàn)均為合格。

4 結(jié)論

選用山東奧泰NBC-500 高效焊機(jī)及GHS90 實(shí)心焊絲，可以實(shí)現(xiàn)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(xué)性能指標(biāo)均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。