液压油缸支座焊接开裂的原因分析及防止对策

液压油缸支座焊接开裂的原因分析及防

止对策

摘要：在液压油缸焊接中，其主要部件支座容易开裂，主要原因是焊接时产生的结晶裂纹。本文主要针对结晶裂纹的产生及预防对策展开讨论，采用焊前预热、调整焊道层数及焊接顺序等措施来预防结晶裂纹的产生，提高焊接质量及支座抵抗剪切应力的能力。

关键词：支座裂纹对策

1.引言

支座在液压油缸主体上固定，而支座则受剪切应力的作用，极易造成支座根部与油缸主体发生开裂脱落，导致转向系统失灵，这是相当危险的。而支座与油缸主体之间的焊接为异种金属焊接，极易出现结晶裂纹，影响焊接质量，因此要解决这一关键问题。

1.支座开裂的问题分析

支座出现开裂的位置在焊缝中心（如图1裂纹位置），裂纹呈纵向分布在焊缝上，裂纹长度为130mm，断口呈氧化色，断定为结晶裂纹。

图1裂纹位置图2裂纹深

度图3 支座

2.1材料及其焊接性分析

支座材质为20CrMnSi的矩形结构件，其规格见（图3），工件厚

度很大，受到的拘束也很强（表1为20CrMnSi的化学成分）。根据

国际焊接学会所推荐的碳当量计算公式计算：

C E=[C+Mn/6+Ni/15+Cr/5+Cu/15+Mo/5+V/5]%

≈0.5523%

20CrMnSi的碳当量约为0.5523%，其含量＞0.5%，淬硬倾向很大，焊前需预热。根据热裂纹敏感系数（HCS）计算公式：

20CrMnSi钢材的HCS约为3.94，HCS>2,热裂纹敏感性很

大。

表1 20CrMnSi合金结构钢化学成分【1】

母化学成分（质量分数）

油缸主体所用的钢材为Q550钢（表2为化学成分），板厚为

12mm，Q550钢为低合金高强钢，其屈服强度大于等于550MPa。根据

碳当量计算公式计算Q550钢材的碳当量约为0.74%，碳当量较高，焊前须进行150℃焊前预热，这样就可以减少热裂倾向。根据热裂纹敏

感系数公式计算得出Q550钢材的HCS为2.633，HCS>2，热裂纹敏感

性也很大。

表2 Q550钢化学成分【1】

2.2焊接工艺分析

焊接支座与油缸时所采用的焊丝为SLD-70，其屈服强度为691MPa，550Mpa＜651MPa＜785MPa，其抗拉强度较高。在焊接时，支座与油缸

主体之间的焊接为角焊缝，采用两层两道焊（焊接参数见表3）。焊接时将支座的四道焊缝一次焊完。造成焊缝温度分布不均匀，接头刚性大，易产生结晶裂纹。

表3 焊接参数

2.3环境分析

支座在油缸上起到固定的作用。当车辆在工作状态时，转动方向盘，带动助力油缸支柱，而助力油缸支柱推动转动。对支座施加了剪切应力，长时间工作就会造成疲劳断裂。

3.支座焊接时产生结晶裂纹的原因

3.1合金元素及杂质的影响

支座为合金结构钢，Q550为高强钢，它们的含碳量很高，在焊接时，焊缝金属尚未凝固，而杂质及合金元素会以液态薄膜状态散布在晶粒表面，阻断了一些晶粒之间的联系，增加了裂纹的倾向【2】。

3.2焊接温度分布的影响

在焊接支座时，由于工件厚度大，焊接层数较少，坡口大，焊接速度慢，热输入较大，冷却速度快。造成焊缝组织晶粒粗大，易产生结晶裂纹。

3.3焊接接头拘束度的影响

支座厚度为85mm，板厚太大，所以受到的拘束度也就大，与焊接应力一起作用，增大了工件产生结晶裂纹的可能性。

4.防止支座焊接产生结晶裂纹的措施

4.1焊件表面清理干净

焊前将坡口及其周围10mm范围内的铁锈及支座周围的黑漆等影响焊缝质量的杂质清理干净，露出金属光泽。

4.2选用合理的焊接参数

选用表4所示的焊接参数进行施焊，能有效降低焊缝开裂倾向。采用SLD-50的焊丝打底，用SLD-70的焊丝进行填充层和盖面层的焊接。这样不仅满足焊缝的强度要求，又可以降低焊缝的拘束应力，减少热裂倾向。

表4 焊接参数

保

护气体

80%Ar+20%CO2

焊

接方法

三层四道焊

打底层

电流

220-230A

电压

20-22V

气体流量20-

25L/min

填充层

电流

230-240A

电压

22-24V

气体流量20-

25L/min

盖面层

电流

240-260A

电

压 25-27V

气体流量20-

25L/min

4.3按正确的顺序拼点工件

用翻转方法将工件调整到水平位置，按

照图纸工艺规定的划线尺寸拼点，拼点间隙

一定要严格控制，按照图4所示的位置及顺

序依次在1、2、3、4处焊20mm的焊缝，防

止工件脱落。

图图4 焊接位置

4.4采用焊前预热

用焊炬将支座及焊接部位加热到150℃左右。用红外测温仪测量温度。

4.5采用正确的焊接顺序

（1）采用三层四道焊进行焊接（焊道层数分布如图5）。打底层

焊接时，采用SLD-50的焊丝进行焊接，焊枪做直线往复运动。焊缝

宽度为4mm，厚度为3mm，焊接顺序按图3所示，依次为4、3、2、

1。图5

多层多道焊

（2）在进行填充层焊接时，采用SLD-70的焊丝焊接，注意熔敷

金属与母材的熔合，焊缝宽度为8mm，填充层厚度为3mm，填充层距

棱边约为1-2mm。应避免在焊接过程中产生夹渣等缺陷，焊接顺序按

图3所示，依次为1、2、3、

4。

（3）进行最后一道盖面焊时，采用SLD-70焊丝，采用两道焊，

第二道焊缝要压住前一道焊缝的1/2.焊缝宽度为12mm，盖面焊厚度

为2mm。焊枪直线往复运动，降低焊接速度。焊接参数可以稍大一些，但要严格控制热输入。焊接顺序如图3所示，依次为4、3、2、1。（此工艺下形成的焊缝见图6）