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摘要：随着我国工业技术的不断提升，液压支架结构件的应用范围也得到了扩展。液压支架结构件的焊接工艺会增强液压支架的作用，但同时也会出现焊缝问题，例如拉伸性能不强、残余应力不足、耐冲击性不强等。低温时效工艺的应用对液压支架结构件十分有帮助，相比高温时效工艺，对液压支架结构件焊缝的拉伸、冲击、硬度、残余应力等方面均有很好的影响效果。文章从低温时效工艺的应用中入手，对比了三种不同工艺的影响结果，总结出低温时效工艺的优势及对液压支架结构件的影响，期望能够对日后研究提供些许多帮助。
关键词：低温时效；液压支架结构件；热时效
ABSTRACT: With the continuous improvement of industrial technology in China, the application scope of hydraulic support components has also been expanded. The welding technology of the structural parts of the hydraulic support will enhance the function of the hydraulic support, but at the same time, there will also be weld problems, such as weak tensile performance, insufficient residual stress, poor impact resistance and so on. The application of low temperature aging technology is very helpful to the structure of hydraulic support. Compared with high temperature aging technology, it has a good effect on the tension, impact, hardness and residual stress of the weld of the structure of hydraulic support. Starting from the application of cryogenic aging process, this paper compares the effects of three different processes, summarizes the advantages of cryogenic aging process and its influence on the structure of hydraulic support, expecting to provide some help for future research.
Key words: low temperature aging; hydraulic support structural parts; thermal aging
一、低温时效工艺在液压支架结构件上的应用
液压支架构件的材料是高强度钢板焊接而成，在焊接过后容易出现冷裂纹，这是液压支架结构件的不足之处，冷裂纹将影响液压支架的工作性能。随着科技的进步，对液压支架中产生的冷裂纹受到了生产企业、应用企业的关注，进而形成液压支架焊接结构焊后去应力时效处理，这是避免生成冷裂纹的一种最佳手段，焊后时效处理工艺包括热时效、振动时效、自然时效，其中的热时效又包含了高温时效和低温时效。文中列举试验案例进行探讨低温时效工艺对液压支架结构件的应用，进而得出低温时效工艺对液压支架结构件的影响。
（1）试验材料的选择是液压支架中常用的Q550板材焊接而成的组建，焊丝为GHS-60，直径Φ1.2mm，试验中做出三件试样样坯：样坯一，对液压支架结构件的焊后不做任何处理；样坯二，对液压支架结构件做高温时效处理，温度掌控在480℃左右，持续3小时；样坯三，对液压支架结构件做低温时效处理，温度在260℃左右，持续3小时。
（2）当三种支架结构的样坯工艺处理完成后，对样坯进行拉伸、冲击、硬度、残余应力等方面的试验。拉伸试验的结果显示，低温时效工艺对焊缝的拉伸性能与高温时效工艺处理后相差无几，但与焊后无处理的焊缝拉伸性能相比，低温时效与高温时效均高出很多。从冲击韧性中来看，焊缝的冲击韧性经过低温时效的处理后，冲击韧性可达到160/J?cm-2，而焊后无处理和高温时效处理后的冲击韧性均在144～145/J?cm-2之间，无明显变化。从强度测试上看，对三种样坯的焊缝、热影响区和母材等部位的硬度测试过后，三者均有不同，图1为取3点平均值比较后的结果。
图1 三种样坯的硬度测试结果（与焊缝距离/cm）
（3）不难看出，三种工艺处理后的硬度检测中，对母材区、热影响区和焊缝区的对比有所不同，低温时效处理后焊缝及热影响区的硬度较高，高于高温时效处理，而三种样坯的母材区域硬度基本相同。对焊缝残余应力进行测试，对液压支架结构件中的3点进行测试，分别在焊缝两侧的根部，结果显示，与其他两种工艺处理相比，低温时效工艺处理焊缝的残余应力消除率在32%左右，高温时效工艺消除率在40%以上。三种样坯在各种试验后的作用大小有了答案，最后观察液压支架结构件焊后的表面与焊缝的变化，高温与低温时效工艺处理后的样坯放置48小时，高温时效样坯中2%～3%面积的表面有氧化皮出现，低温时效样坯无氧化皮出现。
二、低温时效工艺对液压支架结构件的影响
（1）从上述试验应用中可以看出，低温时效工艺处理焊缝冲击韧性要高于其他两种工艺，热影响区和焊缝硬度的处理也高于其他两种工艺。低温时效工艺只有残余应力消除率较低，为31%左右，其他性能还包括耗能低、工件变形小、无氧化皮等方面均高于或等于其他两种工艺处理的效果。而根据MT/T587《液压支架结构件制造技术条件》中明确说明的“振动时效处理是结构件焊后处理的可行办法，但振动时效的应力消除率需要在25%～35%之间”，所以低温时效应力消除率在31%也在规定范围内。同时，低温时效对氢的扩散能力较强，能够减轻氢扩大冷裂纹的能力，也是消除冷裂纹隐患的一种工艺，效果优良。
（2）在液压支架结构件中，焊接是必不可少的一种工艺，焊接出现的冷裂缝和应力也无可避免，冷裂缝的出现十分影响液压支架结构件的性能应用，应力将会减小，应力主要由热应力和组织应力组成，这是由于焊接过程中对构件产生的温度会不均匀，从而产生温度梯度，冷却过程中的冷却速度的不均匀便产生了热应力和应力集中。另外，焊接过程中产生的焊缝，在形成时熔池中不同组织凝固结晶的时间不同、自由收缩量的不同、焊缝不同元素的不同，将会产生残余应力，但如果是焊缝局部区域的晶内亚结构应力，这种残余应力不会对焊缝产生影响，所以可以忽略不计。
（3）本文分析的低温时效工艺也是对整体结构件的一次重新加热，低温时效工艺的温度应该控制在260℃左右，待温度达到260℃时，保持恒温状态3小时，对液压支架结构件焊后的帮助作用很强。这种低温时效工艺不仅仅对焊缝局部进行热循环，也是对结构件整体的一种热循环，加热到固定温度时可以在一定程度上消除焊接时产生的热应力。焊缝中会产生组织应力，低温时效工艺需要对组织应力进行减少或消除，在高温恒温中保证相应应力的转变，使应力分布扩散，降低焊缝中的组织应力。在液压支架结构件的焊后时效工艺中，温度高能够降低残余应力，但是过高的温度会使焊缝区域中的晶粒变粗，从而降低硬度，还会生成氧化皮，这也是高温时效工艺的不足之处。
结语：低温时效工艺在液压支架结构中起着非常重要的作用。在液压支架结构件的焊后处理工作中，有多种工艺对焊后工作进行补充和改进。液压支架结构件常用低温时效工艺与高温时效工艺，对结构的拉伸、冲击、硬度和残余应力等有良好的影响。由于温度控制稳定，低温时效工艺过程在260℃左右不会产生氧化皮，低温时效是一个简单而有力作用强大的工艺，对企业的社会经济和经济效益有很好的促进作用，适用于广泛的推广应用。
参考文献：
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[2] 刘东风，卫英慧，范光伟.拉伸应变对9Ni钢低温韧性的影响[J].物理测试，2013，07（06）.
论文作者:王继城
论文发表刊物:《防护工程》2019年第3期
论文发表时间:2019/5/20
标签：时效论文; 支架论文; 低温论文; 工艺论文; 应力论文; 液压论文; 结构件论文; 《防护工程》2019年第3期论文;