掘进机刀具刀箱焊接方法的讨论

2017-05-11薄航姜磊峰陈强

凿岩机械气动工具 2017年4期

薄航，姜磊峰，陈强

（吉林省维尔特隧道装备有限公司，吉林吉林市132011）

0 前言

我公司生产的一批掘进机刀箱，需要将内刀箱与外刀箱焊接成一体，用于安装刀具。但由于外刀箱的材料为Q345B，内刀箱为42CrMoA，属于异种钢焊接范畴，焊接难度大，焊缝要求满足NB/T47013-2015标准的Ⅰ级要求，因此合理地选择焊接材料及焊接工艺是保证焊缝具有优良力学性能的关键。

1 材料焊接性能的对比分析

(1)42CrMoA钢属中碳调质高强钢，结合表1，沿用公式Ceq=C+Mn/6+(Cu+Ni)/15+(Cr+Mo+V)/5，计算出42CrMoA钢的Ceq值为0.82%，参照表2，可见42CrMoA钢可焊接性能差。由于母材中的含碳量高，在焊接过程中，母材金属的一部分要熔化到焊缝金属中去，致使焊层金属含碳量增高，焊缝凝固结晶时，结晶温度区间大，偏析倾向也较大，加之含硫杂质和气孔的影响，容易在焊层金属中引起热裂纹。特别是在收尾处，裂纹更为敏感。该焊件刚性大，若焊条或焊接工艺选用不当，在焊件冷却至300℃以下时，容易沿热影响区的淬硬区产生冷裂纹。可见42CrMoA极其容易产生冷裂纹及热裂纹。在以下的焊接工艺中重点控制42CrMoA冷热裂纹。

(2)Q345B(16Mn)钢属低合金高强钢。结合表1，沿用公式Ceq=C+Mn/6+(Cu+Ni)/15+(Cr+Mo+V)/5，计算出Q345B钢的Ceq值为0.49%，参照表2，可见Q345B钢焊接性能不是很好，需要在焊接时制定严格的焊接措施。由于Q345B的Mn/S较高，正常情况下不出现结晶裂纹即热裂纹。

表1 42CrMoA及Q345B化学成分（质量分数,%）

由于约束应力和板厚有关，板厚越大，约束应力越大，特别在厚度＞40mm以上的焊接时。但此产品的Q345B的焊接母材厚度≥100 mm，约束应力大，非常容易出现冷裂纹。

2 42CrMoA和Q345B焊接工艺的制定

根据上述两种母材的焊接性分析可见，42CrMoA的焊接性极差，而Q345B的焊接性相对好一些，基于以上分析，采用“焊前预热+后热处理”来解决冷、热裂纹的发生。选择的焊接材料以42CrMoA的焊接为主，焊接强度高于Q345B的强度即可。但两母材厚度不同焊接时要将其焊满以减小应力集中。

3 坡口及焊接材料的选择

为使两种材料更好的融合，降低焊接难度，坡口为单面U形坡口。焊接时采用E5015焊条进行打底焊接，焊条直径φ3.2，之后采用气体保护焊丝 RE50－6进行填充及盖面,焊丝直径φ1.2。

4 焊接工艺

（1）焊接方法：采用手工焊打底，混合气体保护焊填充及盖面。

（2）焊前准备：严格清理坡口表面及两侧50 mm范围内的水、铁锈、油污、积渣等。采用砂轮机进行打磨，呈现金属光泽。

（3）锻件毛坯100%UT超声波检测，满足JB 5000.15－2017Ⅲ级要求。

（4）工艺措施

焊前预热160℃～200℃，可采用乙炔火焰进行预热。目的：减小异种钢的温差，降低焊接应力，防止裂纹的产生，改变其焊接性能。

打底焊接采用手工焊焊接。焊接电流120～150 A，焊接电压22～28 V，尽量采用小规范进行多层多道焊接，不可摆动。在施焊过程中应采用适当的保温，并由两名焊工同时焊接，整个过程连续进行，中途不得中断。在不产生缺陷的情况下，每层焊缝的厚度不应大于焊条的直径。

填充及盖面焊接采用80%CO2+20%Ar气体保护焊。焊接电流180～220 A，焊接电压25～30 V，气体流量 10～15 L/min，42CrMoA 和 Q345B，尽量采用小规范进行多层多道焊接，每焊接完成一道焊缝，应及时清理表面焊皮，防止产生结渣。为了避免焊缝两头产生缺陷，可采用引弧板，引弧板焊接在Q345B侧，焊接结束后用角磨机去除。盖面可采用摆动焊来确保焊缝成型后的美观性。

为了减小焊接应力，可用风镐对焊缝进行反复的敲击。

焊后立即进行消氢处理，之后用石棉布掩盖进行缓冷处理。