890 MPa高强钢实心焊丝在大型工程机械制造领域中的应用

万斌，赵钰，张晓刚，樊志勤，杨国华，杨晓冬，赵凯，梁雁斌

(太原重工股份有限公司，山西太原030024)

0 前言

随着国内外工程机械、煤矿机械、海工装备、水电装备等向着优质、高强度、高韧性、大型化、轻型化的方向发展，焊接金属材料由传统的碳素钢、低合金钢向高强度细晶粒调质钢(Q890、Q960等)等领域扩展。高强度细晶粒调质钢在大型工程机械制造领域的推广应用，也促进了高强钢实心焊丝行业的快速发展，使得工业发达国家的高强钢实心焊丝制造技术水平处于全球领先地位。如法国液化空气焊接集团瑞士奥利康公司(G894MMn4Ni2CrMo焊丝)、奥钢联伯乐焊接(中国)有限公司(Tunion GM120焊丝)、瑞典伊萨公司(OK.AristoRod89焊丝)、奥钢联意大利飞乐公司(FILEUR ERM焊丝)。以上国际跨国公司的高强钢焊丝产品，目前几乎垄断全球焊接材料市场。

我国焊接材料长期以来大量采用抗拉强度为50 kg级以内的碳素钢、低合金钢等。近年来，国内工程机械制造领域设计从降低设备自重、提高承载能力、方便运输及降低制造成本等多个环节考虑，使得屈服强度890 MPa级高强度细晶粒调质钢的需求量逐年增长。尤其是在大型工程机械制造领域(如1 200 t履带式伸缩臂起重机、1 200 t全地面伸缩臂起重机、750 t履带式起重机等)高强度细晶粒调质钢已成为大型工程机械制造常用金属结构材料之一，促使我国高强钢实心焊丝用量稳定增长，目前国内已有30多家焊材企业推出了高强度实心焊丝产品，但我国高强钢实心焊丝制造起步晚，焊丝制造技术还不太成熟，导致焊丝质量不稳定，另外焊丝供货周期长、批量小、价格高，国外品牌焊丝垄断我国焊接材料市场的局面仍未打破。国产高强钢焊丝质量相对稳定的生产企业有:林肯电气(锦泰)公司(JM120焊丝等)、哈焊所威尔公司(HS－90焊丝等)、四川大西洋公司(CHW－95C焊丝等)、河北鑫宇焊业公司(XM—130焊丝等)。我国高强钢实心焊丝产品尚处在研制开发、推广应用阶段，与工业发达国家相比，还有一定差距。

1 890 MPa高强钢实心焊丝特点

高强钢焊丝一般采用 Mn－Si－Cr－Ni－Mo 合金体系进行强化，并加入适当的微量元素(V、Ti、Zr、B、稀土等)以净化焊缝组织，细化晶粒，提高焊缝韧性，从而获得良好的综合力学性能，更好地满足高强度细晶粒调质钢的焊接。

一般国外知名品牌890 MPa高强钢实心焊丝执行ISO16834－A(2006)国际标准，焊丝牌号表述为G894M21Mn4Ni2CrMo，它相当于 AWS A5.28—2005 标准的ER120S－G焊丝，符合GB/T8110—2008国标的ER83－G焊丝。

2 G894M21Mn4Ni2CrMo与ER83－G焊丝对比试验

试验选用国外某知名品牌G894M21Mn4Ni2CrMo(直径1.2 mm)焊丝和国内某品牌ER83－G(直径1.2 mm)焊丝，按ISO16834－A(2006)国际标准进行系列试验。

2.1 焊丝化学成分分析

分别对两种焊丝进行取样，按标准进行焊丝化学成分分析，试验结果见表1。

由表1可以看出，G894M21Mn4Ni2CrMo焊丝原材料的C、S、P、Cu等有害元素控制较严，Ni元素含量偏标准上限，这对提高焊丝熔敷金属综合力学性能十分有利。国外品牌焊丝在化学成分设计、有害元素控制等方面明显优于国内品牌焊丝。

表1 焊丝化学成分(质量分数，%)

2.2 焊丝的焊接工艺性能试验

按相关标准，对两种焊丝进行焊接工艺性能试验，试验结果列于表2中。

表2 焊丝焊接工艺性能试验

从表2中可以看出，G894M21Mn4Ni2CrMo焊丝的送丝性能稳定，焊缝成形良好，焊接飞溅小，焊丝的各项焊接工艺性能指标均好于ER83－G国产焊丝。这使得在大型工程机械产品制造中，国内制造企业优选国外高强钢品牌焊丝，我国高强钢实心焊丝产业面临严峻的考验。

2.3 焊丝熔敷金属力学性能试验

焊丝熔敷金属力学性能是高强钢焊丝的重要技术指标，试板选用Q890E(δ=20 mm)材料，对试板进行焊接，焊接参数列于表3中，试板焊后经X射线探伤达到I级焊缝标准，力学性能试验结果见表4。

表3 焊接参数

表4 焊丝熔敷金属力学性能试验

由表4不难看出，两种焊丝熔敷金属力学性能都达到国际标准技术要求。而G894M21Mn4Ni2CrMo国外焊丝熔敷金属抗拉强度适中，其塑性与低温冲击韧性较高，非常适用于高强度细晶粒调质钢的焊接。国产ER83－G焊丝熔敷金属塑性和低温冲击韧性低于G894M21Mn4Ni2CrMo焊丝，这不利于高强度细晶粒调质钢的焊接。由此可见，国产高强钢实心焊丝质量有待进一步提高，才能满足焊接生产的快速发展。

3 890 MPa高强钢实心焊丝生产应用

3.1 高强度细晶粒调质钢焊接工艺要点

890 MPa高强度细晶粒调质钢焊接主要存在两个问题:一是焊接的冷裂纹敏感性问题。二是焊接热循环可能导致热影响区(HAZ)及焊缝金属的综合力学性能降低，主要是强度、塑性和韧性。为此施焊中首先要采用合理的焊前预热措施，控制好层间温度，并要求焊后立即进行后热处理，降低焊缝熔敷金属的扩散氢含量。其次要严格控制热输入，采用小线能量，应用快速焊与窄焊道方法，一般不允许摆动，每焊完一道焊缝，要求必须立即快速锤击焊缝，改善应力分布状态。以保证焊接接头质量。

3.2 890 MPa高强钢实心焊丝的生产应用

由于国产高强钢实心焊丝的C、S、P、Cu等有害元素控制水平低于国外产品，焊丝制造设备与技术尚未成熟，还处于研制开发、推广应用阶段。目前国内大型工程机械制造企业，在焊接890 MPa高强度细晶粒调质钢时，大部分企业应用进口焊丝，只有少数企业选用国产焊丝。如我公司TZM500t和TZM1200t全地面伸缩臂起重机的伸缩臂主焊缝、支腿结构和转台结构及底盘结构等主焊缝的焊接。TZT1200t履带式伸缩臂起重机的伸缩臂主焊缝、支腿结构和车架结构及转台结构等主焊缝的焊接。TZC660和TZC750履带式起重机桁架臂主管与接头、拉管与接头、车架和转台及履带架等主焊缝的焊接，曾分别使用瑞士奥林康公司G894M21Mn4Ni2CrMo、伯乐焊接(中国)有限公司Tunion GM120、瑞典伊萨公司OK AristoRod 89、意大利飞乐公司FILEUR ERM等高强钢焊丝，焊缝质量经检查完全满足上述产品技术要求。

4 结束语

890 MPa高强度细晶粒调质钢已成为我国大型机械工程制造领域常用的金属材料之一。通过对国内外890 MPa高强钢实心焊丝的对比试验研究与生产应用，工业发达国家高强钢实心焊丝制造设备与技术成熟，原材料化学成分设计合理，焊丝的工艺性能和熔敷金属综合力学性能优良，适用于高强度细晶粒调质钢的焊接。由于我国高强钢实心焊丝制造起步较晚，与国外品牌焊丝比较，还有一定差距，国产高强钢焊丝产业任重道远。这就需要国内钢厂与焊材生产企业密切协作，在高校和科研院所及用户的共同努力下，尽快研制生产出质量好、品种全的国产高强钢实心焊丝，打破国外产品垄断的被动局面，以更好地适应我国焊接生产的快速发展。