掘进机机架体连接板焊接裂纹解决方案

陈克华， 刘冰， 丁传昱

（西安煤矿机械有限公司，西安710032）

0 引言

我公司掘进机机架体是由Q460C板材焊接而成，机架体连接板是与履带架连接板连接的，因此该位置承受较大的拉力，对焊缝的强度要求较高。目前，该机架焊后热时效后在室温10℃左右条件下出现两处裂纹，如图1。

图1 机架连接板处焊缝开裂位置图

针对裂纹出现的可能性进行分析，并提出相关的解决方案。

1 产生裂纹的可能性分析

Q460C裂纹产生的原因分析如图2所示，通过结构观察可知，这两处的板材之间未受到其它位置的强制约束，不可能是拘束应力引起的开裂（原因一）；机架体热时效出炉后焊工对机架体内外焊缝处进行了清磨，戴着手套的手和身体均未有灼烧感，可见机架出炉后温度在100℃以下，机架温度较低即使气温骤降也不会影响其焊缝变化，因此也不可能是原因二；下面着重分析是否为焊缝处自身问题引起的冷裂。

图2 Q460C裂纹产生原因分析

1.1 材料成分分析

Q460C钢属于低碳高强度钢板，主要材料成分表如表1所示。

表1 Q460C化学成分质量分数%

Q460C为低合金高强度钢，其最大碳当量0.86，冷裂纹敏感系数0.497。当碳当量大于0.45%时易出现淬硬倾向，易形成高碳马氏体，使得焊缝处硬度提高、塑性下降而产生冷裂纹，这与冷裂纹敏感系数0.497具有较明显的冷裂纹倾向相一致，氢致冷裂纹是低合金结构钢焊接接头最危险的缺陷。

1.2 焊接工艺性分析

在室温条件下，该工件采用CO2气体保护焊，对接或嵌入板材接头处均为单侧V型接头。根据该批回厂板材试验报告知，其屈服强度为480 MPa，抗拉强度为650 MPa，根据等强匹配原则焊接选用50 kg级的ER50-6焊丝（焊丝直径φ1.2 mm）。焊接电流I=280～300 A，焊接电压V=28～32 V。焊前采用烤枪对焊缝及其两侧50 mm范围内进行150～200℃（红外测温仪测温）局部预热处理，焊后无保温缓冷措施空气中冷却，可能会因为冷速太快引起开裂。

1.3 坡口形式分析

通过对整个机架体进行观察，其它U型或V型焊缝无一处开裂。只有单V一侧出现开裂，坡口形式如图3所示。该处焊接时熔合较差，且相对坡口其它位置冷却速度较快，易出现裂纹。通过材料成分分析出厚板Q460C焊接性能较差，且缺少焊后保温措施，导致空冷放置后延迟裂纹的产生。

图3 焊接坡口示意图

2 解决措施

Q460C钢的碳当量较高，含有较多的沉淀强化元素，在焊接过程中，线能量不宜过大，否则会出现过热区的脆化和软化；线能量也不能过小，否则会因冷速过快而出现淬火组织或冷裂纹。因此，在焊接时，要同时兼顾过热与冷裂纹两方面的问题，这方面我们前期已经充分考虑到，焊接参数设置没有问题。

通过裂纹处焊缝的形式和结构的分析，只要能降低此处的冷却速度就可以解决此问题。

2.1 焊接工艺控制

根据低碳高强度钢要求焊前预热、焊后保温缓冷的原则，可以采用焊后放入温度为200℃的加热炉内，确保焊后缓冷。或采用陶瓷电加热片覆盖在工件上以实现保温缓冷。

2.2 坡口设计改进

焊接接头设计时，尽量避免一侧I型坡口，可以将坡口形式设计成两侧V型，增加焊缝填充量，以减小熔合区焊缝的冷却速度。

2.3 焊接操作设计

其它为了减少I型侧的冷却速度，可以在焊至该侧时焊枪摆动且稍微增加停留时间以增大该处的熔深，减少I型坡口的劣势，同时人为在该处多焊接一层或一道。这样第一道焊缝的焊接过程为第二道焊缝起到了预热作用，而后一道焊缝又为前一道起到保温缓冷目的，进一步减缓了冷却速度。本次机架体的修复就是采用2.3的方案。

3 结 论

我们在新产品中对坡口改进、焊后缓冷和焊接操作改进这三种方式均进行了尝试，三种方案均可以有效避免焊后裂纹的产生，保证了产品的焊接质量。但是从生产效率的角度考虑采用第三种方式更为合理。