推土机铸钢件SC450W焊接性能研究_吴月.pdf
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1、2023年 第4期 热加工33焊接与切割W e l d i n g&C u t t i n g推土机铸钢件SC450W焊接性能研究吴月,张晋刚,朱海涛,周广浩,王彩凤山推工程机械股份有限公司 山东济宁 272000摘要:推土机关键大型结构件设计多采用铸钢件与板材件焊接的结构形式,焊缝数量多,焊缝形式多种多样。尤其中厚板焊接,焊接填充量大,多层多道焊较多,其设计结构铸钢件较多,材质多为SC450W钢,板材件材质为Q235B钢、Q355B钢和Q460C钢3种。通过焊接工艺试验,验证SC450W钢分别与3种板材件焊接后焊接接头的力学性能,通过对比不同焊接参数下焊缝强度和冲击性能,确定SC450W适合
2、匹配的焊接板材以及对应的焊接参数,为产品设计与现场施焊提供了理论和试验数据。关键词:推土机;铸钢件材质;SC450W钢;焊接性能1 序言推土机是土方工程中的一种主要机械,可进行挖掘、运输和排弃岩土工作,在露天矿有广泛的用途,不仅用于辅助工作,也可用于主要开采工作,例如:砂矿床的剥离和采矿,铲运机和犁岩机的牵引和助推,在无运输开采法时配合其他土方机械来降低剥离台阶高度等。由于推土机结构复杂,作业工况恶劣,因此对产品的结构强度要求较高,关键大型结构件设计多采用铸钢件与板材件相焊接的结构形式,焊缝数量多,焊缝形式多种多样,且多为中厚板焊接,焊接填充量大,多层多道焊较多。推土机关键大型结构件像主机架、
3、台车架、工作装置等,其设计结构铸钢件较多1,材质多为SC450W钢2,板材件材质为Q235B钢、Q355B钢和Q460C钢3种,采用气体保护焊接方法(80%Ar+20%CO2)3。市场上,推土机在使用过程中多次出现铸钢件SC450W钢处的焊缝开裂、焊缝撕裂及焊缝漏油等一系列焊接质量问题,影响产品质量和可靠性。本文通过采取两种不同的焊接参数,研究铸钢件SC450W钢分别与板材Q235B钢、Q355B钢和Q460C钢进行焊接,焊后分析焊缝处的金相组织和力学性能特点,为改善产品结构设计、现场焊接工艺制定提供理论和试验数据支撑。2 试验材料与方法试验用母材厚度均为16mm,SC450W钢2,4、Q23
4、5B钢5、Q355B钢6、Q460C6钢化学成分和力学性能分别见表1表8。试验所采用的焊接填充材料为ER50-6焊丝,焊丝直径1.2mm,焊丝化学成分及熔敷金属力学性能见表9、表107,8。试验所采用的焊接气体为80%Ar+20%CO2,Ar、CO2气体的技术指标见表119,10。表1SC450W钢的化学成分(质量分数)(%)C SiMnPS0.250.300.600.500.800.040.04CrMo NiCu-0.030.150.500.30-注:Pcm0.30%。表2SC450W钢的力学性能屈服强度/MPa 抗拉强度/MPa断后伸长率(%)冲击吸收能量(0)/J2264512227 表
5、3Q235B钢的化学成分(质量分数)(%)C SiMnPS0.120.200.300.300.700.0450.045通信作者:王彩凤,本科,高级工程师,主要研究方向为工程机械制造技术,E-mail:。2023年 第4期 热加工34焊接与切割W e l d i n g&C u t t i n g表4Q235B钢的力学性能屈服强度/MPa 抗拉强度/MPa断后伸长率(%)冲击吸收能量(20)/J2353755002627 表5Q355B钢的化学成分(质量分数)(%)C SiMnPS0.240.551.600.0350.035 表11Ar和CO2气体的技术指标(体积分数)(%)项目 组分含量Ar9
6、9.999CO299.5CrNiCuN-0.300.300.400.012-注:CEV0.45%。表6Q355B钢的力学性能屈服强度/MPa 抗拉强度/MPa断后伸长率(%)冲击吸收能量(20)/J3554706302234 表7Q460C钢的化学成分(质量分数)(%)C SiMnPSNb0.200.551.800.0300.0300.05图1焊接接头形式3 试验过程焊 接 试 验 采 用 试 板 焊 接,试 板 尺寸 分 别 为 1 6 m m 2 6 0 m m 1 0 0 m m 和16mm380mm80mm,采取对接接头试验,单面焊双面成形工艺,试板坡口为22.5,焊接接头形式如图1所
7、示。表12试验用焊接参数编号层道焊接电流/A电弧电压/V气体流量/(L/min)焊接速度/(cm/min)层间温度/1打底1001201520201925100150填充2602802830253540盖面30034030352535402打底2402602530202530150200填充2602802530202530盖面2903203035253540CrNiCuMoCuN0.300.800.400.200.400.012VTiB-0.130.050.004-注:CEV0.47%。表8Q460C钢的力学性能屈服强度/MPa 抗拉强度/MPa断后伸长率(%)冲击吸收能量(0)/J46055
8、07201834 表9ER50-6焊丝的化学成分(质量分数)(%)C SiMnPS0.060.150.801.151.401.850.0250.025CrNiMoVCu0.150.150.150.030.50表10熔敷金属力学性能屈服强度/MPa 抗拉强度/MPa断后伸长率(%)冲击吸收能量(30)/J4205002227根据推土机作业工况及产品设计要求,为保证产品质量,结合现场焊接工艺条件,SC450W钢与Q235B钢、Q355B钢、Q460C钢焊接接头力学性能要求见表134。母材的碳含量均0.25%,CEV0.47%,属于低碳钢,焊接性较好,焊接裂纹敏感指数Pcm0.30%,产生焊接裂纹的
9、倾向性较小,根据产品结构和生产实际,结合母材化学成分及力学性能,并参照母材CEV和焊接裂纹敏感指数Pcm确定了本次试验的两种焊接参数(见表12)。无焊前预热和焊后保温,焊接过程中采取红外线测温仪监测焊道层间温度,焊丝干伸长量为1820mm,控制焊接热输入,试板焊后放置24h后检查表面裂纹、断面裂纹和根部裂纹,无损检测合格后进行取样11-14。2023年 第4期 热加工35焊接与切割W e l d i n g&C u t t i n g表13焊接接头的力学性能要求屈服强度/MPa 抗拉强度/MPa断后伸长率(%)冲击吸收能量/J0204205002234 274 试验结果与分析4.1 力学性能检
10、测对4种母材进行力学性能检测,结果见表14。由表14可知,4种母材力学性能全部符合要求。表14母材力学性能母材屈服强度/MPa抗拉强度/MPa断后伸长率(%)冲击吸收能量/J020SC450W259.3477.73342.7Q235B248410.737116Q355B367558.335.1200Q460C47262530.892(1)焊接参数1条件下力学性能检测 在4种母材符合要求的前提下,采用焊接参数1,将SC450W钢分别与Q235B钢、Q355B钢及Q460C钢进行焊接15,16,焊接接头力学性能见表15。表15焊接参数1焊接接头力学性能项目屈服强度/MPa抗拉强度/MPa断后伸长率
11、(%)冲击吸收能量/J020SC450W与Q235B381492492349.3SC450W与Q355B43952023.068650SC450W与Q460C38249618.103614.6根据表15数据,可得出以下结论。1)SC450W钢与Q235B钢焊接后焊缝的屈服强度和抗拉强度远大于SC450W钢和Q235B钢两种母材,焊缝的伸长率和冲击吸收能量均小于SC450W钢和Q235B钢两种母材,除伸长率、0冲击吸收能量值符合标准要求(见表13,下同),其他屈服强度、抗拉强度和20冲击吸收能量值均不符合标准要求,表明SC450W钢与Q235B钢焊接后焊缝强度和韧性指标均不理想。2)SC450W
12、钢与Q355B钢焊接后焊缝的屈服强度SC450W钢和Q355B钢两种母材,抗拉强度高于铸钢件SC450W钢但略低于板材件Q355B钢,伸长率和冲击吸收能量高于铸钢件SC450W钢但低于板材件Q355B钢,0和20冲击吸收能量都符合标准要求,表明SC450W钢与Q355B钢焊接后焊缝强度和韧性指标较好。3)SC450W钢与Q460C钢焊接后焊缝的屈服强度和抗拉强度大于铸钢件SC450W但小于板材件Q460C钢,焊缝的伸长率和冲击吸收能量均小于SC450W钢和Q460C钢两种母材,其中屈服强度、抗拉强度、伸长率和20冲击吸收能量不符合标准要求,表明SC450W钢和Q460C钢焊接后焊缝的综合力学性
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