WH70高强钢焊接试验及在液压支架上的应用

★科技创新★

WH70高强钢焊接试验及在液压支架上的应用

高有进　杨以淳

(郑州煤矿机械集团有限责任公司,河南省郑州市,450013)

摘　要　通过对WH70钢板的各种试验,证明了WH70钢板具有良好的可焊性和抗裂性,其综合机械性能满足液压支架对70kg级钢板的技术要求,经过多次批量生产验证,使用效果良好并取得了较好的经济效益和社会效益。

关键词　高强板　焊接试验　液压支架用材

近年来,随着我国综采机械化水平的不断提高,液压支架的发展在强调高支护阻力、高支护强度及高可靠性的同时要求尽量减轻重量,这就对选用钢材的综合机械性能提出了更高的要求。支架所用钢材已由最初的(δb=50kg级)发展到今天的70kg级甚至80kg级,由于采用高强度钢,对焊接工艺也提出了更高的要求。针对支架要求,郑州煤矿机械集团公司与舞阳钢铁公司联合开发了WH70钢板,进行了在现有设备及生产工艺条件下的焊接接头及拉伸试验、热影响区最高硬度试验、热影响区金相分析及斜Y型坡口焊接裂纹试验等。

1　技术要求

试验钢板的化学成分(质量分数)和力学性能分别见表1,表2。

表1　试验钢板的化学成分(规格δ30)%

项目C Si Mn P S Ni Mo B Nb V Al

要求0.02～0.1≤0.50 1.3～1.8≤0.03≤0.025≤0.40≤0.35≤0.003≤0.06--

实际0.060.24 1.540.0130.050.270.240.00040.0370.0470.029

表2　试验钢板的力学性能(平均值)

项目屈服强度σs/MPa抗拉强度σb/MPa延伸率δ5/%冷弯(d=32)冲击吸收功/J 技术要求≥590670～890≥17180°完好≥47(-20℃);

实际值62071039180°完好120,172,168(0℃)

2　焊接性分析

2.1　碳当量(Cep)

根据化学成分对钢材焊接热影响区淬硬性的影响程度,粗略评价焊接时产生冷裂及脆化倾向的计算方法。

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

Cep<0.4%焊接性优良。当0.4%

WH70钢的平均碳当量Cep=0.415%

试板的碳当量Cep=0.392%<0.4%

2.2　焊接冷裂纹敏感性评估

判断钢材焊接性优劣最主要是考察其抵抗冷裂纹的能力,对于高强钢热影响区冷裂纹敏感性,可采用焊接裂纹敏感措施P cm确定。钢的P cm值越低,热影响区冷裂纹敏感性越低。

P cm(%)=C+Si/30+(Cu+Cr+Mn)/20+

63中国煤炭第30卷第2期2004年2月

Ni/60+Mo/15+V/10+5B

WH70钢的平均P cm=0.199%

试板的平均P cm=0.172%

2.3　I.IW最高硬度试验

将试件加工成δ20mm×300mm×150mm的尺寸,用J507 焊条,按照焊接电流I=170A,堆焊速度为150mm/min,电压为25V的工艺参数,沿试焊的轧制表面的中心线,焊出长125+10mm的焊缝,然后取样进行热影响区最高硬度测定,测验结果HV=312,I.IW要求试验温度在15～25℃,而本试验的环境温度<15℃,因此其考核条件更为苛刻。

按照热影响区最高硬度试验的评定标准,试验钢的热影响区最高硬度HV<350,WH70钢板在符合I. IW试验条件的情况下,无需考虑焊前预热和焊后热处理,说明WH70钢板具有良好的焊接性能。

2.4　斜Y型坡口焊接裂纹试验

对于70kg级钢板,通常都应采用预热焊接,考虑到WH70钢板碳当量较低,参考热影响区最高硬度试验结果,为了最大限度地考察钢在恶劣条件下的冷裂纹敏感性,因此采用不预热焊接。共选定3组进行试验。

从试验结果来看,在较为苛刻的试验条件下, 2#试件仅在起弧端热影响区开裂,3#试件的根部裂纹在热影响区中扩展的最大长度仅为2mm。因此, WH70钢板焊接性能良好。

2.5　对接接头试验

(1)焊接方法。为了尽可能避免冷裂纹产生和提高劳动生产率,高强钢焊接通常采用热输入较小的熔化极活性气体保护焊或惰性气体保护焊等工艺,对WH70钢,采用CO2气体保护焊。

表3　环境温度11.5℃、相对温度48%条件下的试验结果

试件表面裂纹率/%根部裂纹率/%断面裂纹率/% 1#000

2#05 3.6

3#0 3.9 3.2

(2)焊接材料的选用。高强钢焊接一般情况下按照“等强匹配”的原则选择焊接材料,即焊缝金属的力学性能要和母材相当。美国、日本的一些研究人员认为“等强匹配”可能造成超强结果,但同时使焊缝区金属韧性和抗裂性能下降,他们提出了“低强匹配”的观点并进行了试验,认为“低强匹配”的焊接接头在抗裂性和韧性方面优势较大。由于没有“低强匹配”的资料和数据进行参考,我们按“等强匹配”的原则选用天津汉沽的GHS-70 1.6焊丝,对WH70钢板在“等强匹配”条件下进行接头焊接。

(3)焊接工艺的选定。将WH70钢板(δ30)制成180mm×400mm的对接试板,在温度为10℃、相对湿度29%的环境下施焊,焊接采用多层多焊道。

试件接头性能试验条件及焊接工艺参数见表4。

2.6　试验结果

(1)拉伸试验。按照焊接接头拉伸试验方法对焊接接头和材料分别进行了拉伸机械性能试验,试验结果见表5。

表4　焊接工艺

板材焊丝板厚焊道分布焊接速度/mm・min-1焊接电压/V焊接电流/A WH70GHS-70δ306层10道40～4535380～400

表5　拉伸试验结果

编号Σs/MPaσb/MPaδ5/%ψ/%

焊接接头1554.8657.52867.0 2560.0660.02564.5 3542.5658.02347.0 4566.0665.02464.5

母材1653.5723.52454.5 2662.0734.02556.5

注:ψ-断面收缩率/(%)

4个拉伸试样在试验时均在焊缝处断开,说明焊缝强度低于母材强度,上表的数据也说明了这一结果。

表6　5个不同测点的硬度值(HV0.1)编号测点1测点2测点3测点4测点5

1#302325334254260

2#287302302238243

(2)硬度测试。按材料硬度测试方法对焊接接头进行测试,测试时分别在1#、2#试件两个接头上

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