液压支架结构用Q550低合金高强度钢常温下的焊接

TOT一笑而过

近20年，煤炭产业的迅猛发展，开采工艺及装备水平的不断提高，对采煤机性能的要求越来越高，而液压支架是现代化高产高效长壁综采工作面的关键设备之一，它的主要作用是支护采场项板，维护安全作业空间，推移工作面采煤设备。因此其使用的安全性和可靠性直接决定着综合机械化采煤技术的成败。减少支架自身重量对于设备性能的提高有重要作用。因此，低合金高强度钢的应用量也逐渐增加。而低合金高强度钢作为液压支架用钢在焊接过程中存在的主要问题是容易出现淬硬组织和冷裂纹，加之液压支架的服役环境恶劣，使用过程中要承受动、静载荷，这为其广泛的使用带来了困难。为了减少成本，节省开支，改善工人的工作环境，本文对液压支架结构用Q550低合金高强度钢常温下的焊接工艺及其焊接接头力学性能和组织进行了实验研究。

实验材料选用厚度为20mm的Q550低合金高强度钢。Q550钢经调质处理(930～960℃水淬+640～650℃×3.5h回火)后，室温的屈服强度达550MPa以上，并保证-20℃的低温冲击吸收功大于40J。实验用Q550钢的化学成分(质量分数,%)为：0.05C，0.27Mn，1.81Si，0.01P，0.01S，0.12V，0.09Nb，0.13Ti，0.34Cr，0.04Ni，0.05Mo，0.01B；其力学性能：ReL=610MPa，Rm=703MPa，A=25.3%，AKV(-20℃)≥40J,AKV(-40℃)≥27J。试验遵循等强匹配原则选用直径为1.6mm的低氢型渣系低合金高强钢药芯焊丝PK-YJ707A，其化学成分及力学性能见表1。

表1 PK-YJ707A 的化学成分及力学性能

化学成分（质量分数，%）							力学性能
C	Mn	Si	P	S	Ni	Mo	ReL/MPa	Rm/MPa	A（%）	AKV(-40℃)/J
0.1	1.48	0.44	0.02	0.018	1.01	0.37	610	675	≥15	≥27

采用SAFMIG480Tri焊机，保护气体是纯度为99.3%的CO2，气体流量为24L/min，焊接平均速度为150mm/min，其它焊接参数如表2所示。焊缝采用对称的X型坡口，焊前清除坡口两侧50mm范围内的锈蚀、水分、油污等杂质。为防止冷裂纹的产生，减小焊道过热，降低焊缝热输入，试验采用多层多道焊工艺，并严格控制层间温度为100～150℃。采用上下对称焊接，以防止焊接变形。焊后进行热处理，以消除内应力，提高结构件质量的稳定性，改善接头的组织及力学性能。考虑到安全可靠和易于操作这两个因素，将其热处理规范规定为500±20℃。焊后按标准分别对焊接接头进行拉伸、弯曲和冲击试验。

表2 焊接参数

层数	电流/A	电压/V	层间温度/℃	热输入/(kJ·cm-1)
1	200～10	24～24.5	146	15.9
2	195～205	24.5～25	130	15.8
3	192～200	24～24.8	150	15.5

采用低氢型渣系低合金高强钢药芯焊丝PK-YJ707A实现了焊接Q550钢常温下的焊接。其焊接接头的屈服强度达到与母材等强度，抗弯能力和冲击性能均能满足液压支架性能要求。形成的焊缝和热影响区在-20℃时的冲击吸收功平均值均大于40J，在-40℃其冲击吸收功的平均值均大于27J。热影响区主要呈现的是韧窝延性断裂特征，表现为具有良好的冲击吸收功。焊缝区冲击断口呈准解理+韧窝混合断裂特征，其冲击吸收功较热影响区偏低，但还是能够保证力学性能要求。（