液压支架用Q690高强钢焊接接头的强韧性匹配思路研究

摘要：液压支架用Q690高强度的刚焊接头的强韧性匹配要求较高，采用不同的焊丝进行焊接，根据对其的优缺点及强韧性匹配的情况进行分析，对液压支架用Q690高强钢焊接接头的强韧性匹配思路进行研究，研究结果表明从液压支架的可靠性及轻量化的发展角度来讲GHS75H更符合发展的需要。

关键词：液压支架；Q690；强韧性；匹配思路研究

中图分类号：TG457 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）05-0010-02

随着我国煤矿事业的快速发展，对液压支架的技术要求也越来越高，在煤矿的开采工作中，液压支架使使其众多开采设备中的主要工作设备，在工作的过程中，液压支架担负着顶板的支护工作，在煤矿的开采过程中，开采地点往往不是固定不变的，液压支架也会随着开采地点的改变而发生变化，这就对液压支架的强度及灵活性有了较高的要求，液压支架的成本投入较大，其投资成本占到了整套设备的百分之六十以上，这也要求液压支架具有稳定的结构以保持其动作的可靠性。国内外关于液压支架的结构设计差异不大，然而液压支架的支护能力却严重影响着我国液压支架的发展，造成支护能力不同的主要原因是由于存在材料的差异，如果采用高钢作为液压支架的制造材料，不断可以保证液压支架的强度，还能使液压支架的重量大大减轻，方便液压支架的运输，Q690的碳含量非常的高，并具有一定的冷裂倾向，近年来越来越广泛的应用于液压支架的制造当中，但是要使液压支架能够达到较高强度的搞结构要求，还需要制定合适的焊接工艺，选用正确的焊接材料，近年来焊接接头的性能及焊接材料与母材的匹配逐渐成为研究的热点，本文就结合Q690高强钢焊接接头的强韧性匹配要求，研究不同的焊接材料的强韧性匹配问题。

1 试验材料及实验方法

本次试验中所采用的母材材料为国产的调质态Q690高强钢，该高强钢的板厚度为30毫米，本次试验中采用两种不同的焊丝来进行焊接，并对不同焊丝的强韧性匹配做出分析研究，分别采用宜昌猴王焊丝有限公司生产的MK.GHS70-G焊丝及钢铁研究总院生产的GHS75H焊丝进行焊接，两种焊丝的直径都为1.2毫米，Q690高强钢及焊丝的力学性能、化学成分见表1、2所示。

本试验中采用与现场相同的坡口形式及焊接工艺，这是为了与实际的生产过程保持一致，以确保试验中的焊丝在应用于实践中时具有一定的可行性，具体的焊接工艺参数如表3所示。

表3 Q690高强钢焊接工艺参数

预热温度 道间温度 电流 电压 焊速 热输入

80 140～150 280 30 34 15

2 试验结果及分析

2.1 焊接接头的冲击韧性与塑性分析

通过对两种焊接接头的焊缝中心的冲击性能的测试分析得到：当温度高于20摄氏度时，MK.GHS70-G的冲击吸收功要明显高于GHS75H，当温度等于负20摄氏度时，两者的冲击吸收功基本相同，当温度低于负20摄氏度时，情况则与高于负20摄氏度时的情况恰恰相反，不同的温度时吸收功的不同主要是因为两种焊丝的焊缝的组织的不同。MK.GHS70-G焊丝形成的焊缝的强度相对来说较低，他的组织大多是板条贝氏体与针状铁素体，这种结构可以有效的对裂纹的扩展进行制约，当冲击温度高于负20摄氏度时，焊缝的冲击吸收功较高，但是由于它的Ni含量较低，导致其组织相对来说较为粗大，没有明显细化，所以当温度低于负20摄氏度时，其冲击吸收功较低；GHS75H焊丝的焊缝强度较高，一般情况下它的韧性强度都会相应的较低，但是它的焊缝中的Ni含量较高，对一些对韧性有害的高温组织的产生有积极的抑制作用，对晶粒的细化作用使组织非常的细小，这使得焊缝在低温使仍能够保持较高的韧性，并且冲击吸收功的变化趋势相对比较稳定。

对两种焊接接头的不同部位的负20摄氏度的冲击性能进行测试，虽然MK.GHS70-G和GHS75H的焊缝的冲击吸收功基本相同，但是它们的热影响区及熔合线却有很大差别，MK.GHS70-G焊丝所形成的焊接接头的各个部位的冲击吸收功和母材比起来都具有较大的裕量，GHS75H焊丝所形成的焊接接头的熔合线与焊缝处的冲击吸收功基本相同，两种焊丝所形成的焊接接头都具有较好的匹配性；通过侧弯实验发现，两种焊丝所形成的焊接接头都具有良好的塑性。

2.2 焊接接头的强度与硬度分析

对两种焊丝焊接Q690高强钢获得的焊接接头进行拉伸能够发现，MK.GHS70-G与Q690的匹配为低强匹配，焊接接头的断裂位置是焊缝，而GHS75H与Q690高强钢的匹配为高强匹配，因为其焊接接头的断裂位置为母材，MK.GHS70-G焊丝在焊缝低温时，能够转变为温度较高，所形成的组织以板条贝氏体及针状铁素体为主，有时还会伴有少量的粒状贝氏体，当对其进行拉伸时，当拉伸的应力大于焊缝的塑性储备时，焊缝中的针状铁素体会相互穿插，但这对于裂纹的扩展的阻碍作用是微弱的，拉伸的应力足够大时，焊缝就会发生断裂；GHS75H焊丝形成的焊缝大多是板条贝氏体，并伴随着少量的粒状贝氏体或针状铁素体，各组织之间分布均匀且细小，在细晶强化及组织强化的公共作用下，焊缝具有很高的抗拉强度，母材具有很高的抗拉强度，理论上来说母材是不会产生断裂的，但是由于本次实验中的母材出现了分层现象，导致了焊接接头附近的母材出现了断裂。

一般情况下，焊缝的硬度会随着碳含量的增加而加大，通过计算得出MK.GHS70-G的碳含量为0.206，GHS75H的碳含量为0.220，由于两者的碳含量不同，会使得两种焊丝产生的焊缝的金属低温的转变温度的不同，这也导致了二者的转化物的不同，MK.GHS70-G的焊丝主要以板条贝氏体及针状铁素体为主，而GHS75H主要以板条贝氏体为主，所以GHS75H具有相对较高的硬度。

3 结语

采用MK.GHS70-G及GHS75H焊丝进行焊接时，焊接接头各个部门的冲击韧性一般情况下都会优于或接近母材，具有良好的塑性，在相同的工艺之下由于GHS75H所产生的焊缝以板条贝氏体组织为主，使得其具有较高的硬度及抗拉强度，而MK.GHS70-G的抗拉强度及硬度相对较低，在实际的应用中，由于GHS75H具有高匹配性能，更能满足液压支架的匹配需要。

煤矿井下设备维修和配套。

参考文献

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作者简介：苏晓明（1979―），男，陕西神木人，陕煤集团神南产业发展有限公司液压支架技术经理，助理工程师，研究方向：