SCQUY型55t履带起重机臂架焊接工艺研究

王蒙，刘顺潮，廖良金，胡晓微，张贝

（中车石家庄车辆有限公司，河北 石家庄 051430）

履带起重机具有起重量大、可带重行走、接地比压小、作业灵活等优势。臂架是履带起重机承载和运送重物的关键部件，由于臂架工作的特殊环境及高风险性，采用高强度无缝钢管制造臂架，对减轻自重、提高承载力有重要的意义。中车石家庄车辆有限公司生产的SCQUY型55t履带起重机，臂架主弦管采用20Mn2钢管（φ76×8）制造，腹管采用20钢管（φ42×3）制造，两种材料的化学成分如表1所示。本文通过对履带起重机臂架3m接架焊接工艺过程以及异种钢焊接接头的焊接性进行研究和分析，拟定出了20Mn2主弦管与20腹管异种钢的焊接工艺参数、焊接顺序以及焊接操作方法等，并在3m接架的批量生产过程中得到应用，有力地保证了焊接质量。

图1 3m接架主视图

表1 两种材料的化学成分，wt %

1 焊接性分析

20Mn2钢与20钢主要以C-Mn为主，并辅以少量的合金元素，主要采用碳当量计算法评定其焊接性。钢的冷裂纹敏感性主要根据合金元素含量来评定，以国际焊接学会推荐的CE(IIW)应用最广，主要适用于中高强度的非调质低合金钢（Rm=400～700MPa，C≥0.18%）。

两种钢的碳当量计算结果：

对于板厚小于20mm的钢材，若CE（IIW）＜0.4%，则淬硬倾向不大，焊接性良好；若CE（IIW）=0.4%～0.6%，尤其是大于0.5%时，钢材易淬硬，说明焊接性已经变差，需采用合理的热输入量或者焊前预热措施防止焊接裂纹产生。

由（2）式可知20Mn2钢管热影响区（HAZ）对冷裂纹敏感度较高，HAZ对焊接热输入敏感，焊接性较差，因此，在焊接时应严格控制热输入；由（3）式可知，20钢管冷裂纹敏感度较低，焊接性良好。

2 焊接工艺

2.1 焊接方法及焊接材料选择

在选择焊接方法时，既要保证满足异种钢焊接接头的质量要求，又要尽可能考虑生产效率和经济效益。通过以上分析，主弦管与腹管焊接应采用热能集中，热输入较小的焊接方法；选用低碳、杂质少的填充材料，焊接时填满弧坑，保持良好的焊缝成型。采用Panasonic YD-500FR气体保护焊机进行焊接，保护气体为80%CO2+20%Ar，焊丝选用金桥集团生产的ER50-6焊丝，规格为1.2mm。

2.2 焊前准备

焊接前，需对各个部件进行检查，合格后方可进入组装工序。待焊部位表面和边缘应光洁、整齐、无毛剌、无裂纹等，不得有松散或很厚的氧化皮、渣皮、锈蚀、油污或其他杂质。焊接前，不得将防飞溅液直接喷在施焊部位，应喷在焊缝部位以外的区域。焊接环境温度不得低于-10℃，如低于上述要求则不允许施焊，应采取加热或防护措施，确保接头焊接处各方向不小于2倍板厚且不小于100mm范围内的母材温度，不低于20℃；焊接区域的相对湿度不得大于90%；焊接区域内应适当采取防风措施，如使用挡风板等，应特别注意防止风扇直吹焊接作业区域。

2.3 焊接工艺参数

焊接工艺参数如表2所示，焊接位置为平角焊。

2.4 焊接过程控制

2.4.1 组装定位焊

定位焊工艺应与正式焊接相同，应处于易于打磨的位置，定位焊不得有裂纹、气孔、未焊透等缺欠，定位焊存在上述缺欠时，应打磨掉重新焊接。

表2 焊接工艺参数

为了保证臂架完整性，焊接时，禁止在主弦管或腹管上使用工艺拉筋，必须使用工艺拉筋时应在主弦管端头多余部位焊接。

2.4.2 正式焊接

（1）焊接操作方法及顺序。将组装好的臂架放置在焊接平台上，两名焊工分别从臂架两侧同时施焊。进行主弦管与竖直方向的腹管的焊接。焊接时，先焊接主弦管中间部位与腹管的焊缝，采用先焊相贯线内侧半段再焊相贯线外侧半段的方法进行焊接。中间部位的焊缝焊接完成后，向主弦管两侧左右交替焊接，同样采取先焊相贯线内侧半段再焊相贯线外侧半段的方法进行焊接。

全部竖直方向腹管与主弦管的焊缝焊接完成后，将臂架顺时针翻转90°，按照上面的方法依次焊接主弦管与竖直方向腹管的焊缝。焊接完成后，继续将臂架顺时针翻转90°，直到完成所有主弦管与竖直方向腹管焊缝的焊接。四根主弦管所形成四个面上的与腹管的焊缝焊接完成后，焊接对角线方向的斜拉腹管与主弦管的焊缝，焊接斜拉腹管与主弦管焊缝的时候采用对称焊接的方法，先焊完平台平面上斜拉腹管与主弦管焊缝的焊接，再将臂架翻转180°进行对角斜拉腹管与主弦管焊缝的焊接。

（2）焊接生产中的注意事项。相贯线采用分两段焊接，焊后半段时起点和终点都要与前半段搭接一段，搭接长度以10mm为宜。焊接中应控制合适的焊接速度，确保表面质量和熔合良好。焊枪角度应适当朝向管壁较厚的主弦管方向，焊接收弧时，回烧一段保证熔合。焊接过程中，应避免产生裂纹、未熔合、咬边、气孔等缺欠；焊接完毕，清理焊缝表面的熔渣飞溅物。

3 结语

（1）用富氩气体保护焊和ER50-6焊丝进行主弦管与腹管的焊接，焊接接头经外观和湿法磁粉探伤检测一次合格率达90%以上。

（2）采用本文的焊接工艺参数以及焊接顺序进行批量生产后，焊接质量和焊接变形控制良好，满足设计和使用要求，根据用户反馈的，目前为止，没有发生一例因为臂架焊接失效产生的安全问题。

（3）3m接架主弦管与腹管的焊接工艺是合理的，是符合产品图纸设计要求的。