徐州徐工施维英机械有限公司
摘要：中厚板Q890D与轴套20Cr属于异种材料组对焊接，因两种部件存在不同的化学成分、并且在特定的加工工艺条件下焊接，焊接难度大，控制不当容易产生裂纹。异种材料的焊接性取决于两种材料的组织结构、物理化学性能，性能差异越大，焊接性越差，本文讲述，通过材料可焊性分析、焊材的确认、现场焊接工艺规范研究改进等举措，解决现场Q890D与20Cr（轴套）焊缝出现裂纹的问题。
关键词：Q890D 20Cr 裂纹 异种材料焊接
前言
混凝土泵车新一代V7系列，融合了德国施维英技术，布料杆侧板结构采用薄厚板对接形式，工件上存在Q890D（中厚板≥12㎜以上）与20Cr（轴套）异种材料组对焊接，采用单边V形45°坡口，焊前不预热，由于填充量大和T8/5焊接过程控制不当容易产生裂纹，返工返修费工费时，缺陷清理不彻底焊接存在质量安全隐患，现场焊接风险急需攻关。
一、问题描述
板Q890D+20Cr轴套组对属于异种材料焊接，焊接工艺规范要求焊材使用GM120焊丝、I/U：260A/28V、单边V形45°坡口，周圈焊填满坡口焊8㎜焊缝。现场在焊接操作前未要求预热，操作工焊接时为尽快完成当日工作，使用的焊接工艺参数偏大，且道数少、焊缝偏大。完工时焊缝表面良好，搁置一段时间后焊缝内出现的裂纹。
二、问题分析
1.材料可焊性分析
（IIW推荐的碳当量公式如下：）
Ceq =C+Mn/6+（Cr+Mo+V）/5+(Ni+Cu)/15
表1：化学成分
结合（表1:化学成分）可以计算出碳当量：
20Cr代入公式可得Ceq=0.43% (约等于)
Q890D代入公式可得Ceq = 0.66% (约等于)
经查询：碳当量介于0.4%～0.6% ,属于可焊性很好的钢， Q890D Ceq（约等于）0.66%，Ceq＞0.6%,Q890D可焊性较差。低碳钢w(C) ≤0.25% 、中碳钢 0.25% ≤ w(C)﹤0.6%， 20Cr含碳量为(0.18～0.24)% 、20Cr渗碳时仍有晶粒长大倾向，且厚度达到30mm。焊接时需要采取预热、后热及选用低氢型焊接材料施焊。
2.焊接材料选用不当
对比20Cr与Q890D力学性能，板材抗拉强度与屈服点具体数据（如表2：力学性能对比）所示：
表2：力学性能对比
由表2可知，20Cr与Q550D力学性能相近，在焊接时，为了保证焊接接头的塑韧性，焊接材料应按屈服强度低的材料进行选择。因此Q890D+20Cr异种钢焊接，焊接材料应按Q550D强度选择焊丝。而原有的现场生产焊接工艺按照Q890D来选择，使用了更高强度的焊接材料GM-120，极大降低了焊接接头的塑韧性，为焊缝开裂的主要原因之一。
3.焊接裂纹问题的产生分析
布料杆采用Q890D+20Cr组对，然后周圈焊接，侧板是Q890D的板，板厚多数超过12mm。侧板采用单边V形45°坡口,与20Cr轴套组对间隙2mm（保证根部全焊透）。造成坡口宽度常在14mm以上。坡口下方存在尖端，焊接后将产生大的应力集中，增大了焊缝根部裂纹敏感性。操作工焊前不预热、为尽快完成工作而使用过大的焊接参数，产生了较高焊接热输入，多层多道焊焊接时，焊缝道数、厚度焊接随意，焊缝外观尺寸较大（≥14㎜）且焊缝存在咬边。焊缝过大引起焊缝应力加大。同时焊缝应力集中程度聚增，焊缝收缩应力过大，裂纹的敏感性更大。在应力较高的情况下，极容易产生焊接裂纹。
三、分析措施
1.焊材GM120焊丝改为SLD-70焊丝，采用低强匹配焊接，冷裂纹敏感性明显降低，焊缝综合性能好，降低了产生裂纹的风险；
2.对焊接工艺规范的调整（如表：3）
备注焊接电流（A）焊接电压（V）焊接速度（cm/min）T8/5
(s)预热/层间温度（℃）后热温度（℃）多层多道焊
改善前260283616.2///
改善后230253513.1150200～300有标准
⑴通过现场实验对焊接工艺规范改善后焊接，T8/5（13.1s）属于中偏下的热输入焊接，能够保证焊接接头韧性抗裂性能好；
⑵增加预热和后热有利于焊缝金属中扩散氢的逸出，避免产生氢致裂纹；预热可以减少焊接应力，后热可以降低焊接结构的拘束度，能够预防焊接裂纹的产生；
⑶单道焊缝厚度较大会引起焊缝收缩力增高，采用小焊道、直推不摆动焊接，多层多道焊，应严格的控制焊缝大小﹝K1=坡口宽度+（1～3）㎜、K2=8+（1～2）㎜﹞和厚度（单道5㎜左右），焊接应力也明显降低，裂纹倾向降低；
⑷打底焊熔滴过渡形式推广颗粒过渡。严格控制打底焊形状成扁圆状，表面成凹形，保证背面成型要宽避免根部应力集中产生的根部裂纹。
3.加强对现场人员标准作业规程培训，通过理论+实践考试鉴定合格才能承担高强钢焊接。
四、控制验证
现场通过B18050152-HB58V-10/40批次跟踪，采用SLD-70焊丝，I/U：230A/25V、要求焊缝预热和后热，选有ISO9606《焊工认证考试：熔焊》国际焊工资质的人员焊接，过程监督，严格的执行改善后的焊接工艺规范和控制措施焊接。40小时后采用UT对焊缝检测未发现板Q890D+20Cr周圈轴套焊缝开裂，检验合格。
五、结论
Q890D+20Cr轴套组对焊接，通过现场验证后结果表明：
1.焊接材料选用SLD-70焊丝，焊接裂纹出现趋势明显得到改善；
2.严格执行工艺规范，焊接过程采用小焊道、直推不摆动焊接。控制焊缝厚度和大小，有利于焊缝的融合和减少焊接应力；
3.焊缝大小和咬边对焊接拘束应力和应力集中程度聚增有影响，会造成产生裂纹倾向，需严格控制；
4.推广颗粒过渡形式焊接可以避免根部应力集中产生的根部裂纹。需严格控制；
5.员工的技能对焊缝的质量有影响，ISO9606《焊工认证考试：熔焊》培训鉴定合格才能承担高强钢焊接。
参考文献
﹝1﹞李亚江，王娟等编著《焊接缺陷分析与对策》.ISBN 978-7-122-18274-6
﹝2﹞林旭伟，编著《华东科技》.ISSN 1006-8565
论文作者:赵保雷
论文发表刊物:《科技新时代》2019年1期
论文发表时间:2019/3/20
标签：裂纹论文; 应力论文; 材料论文; 轴套论文; 焊丝论文; 根部论文; 现场论文; 《科技新时代》2019年1期论文;