液压支架用Q690/Q890高强钢GMAW抗裂性及强韧性匹配研究

摘要

工作阻力是体现煤矿液压支架产品竞争力的核心参数，但用低强度钢材来制造大阻力液压支架会使产品过重，不便于装卸运输。因此不断提高用钢强度是液压支架生产的必然趋势。但提高低合金高强钢的强度会使焊接可靠性下降，引起裂纹、软化、脆断等问题。本文以液压支架用Q690/Q890高强钢的GMAW焊接接头为对象，研究不同焊接工艺下Q690/Q890高强钢焊接接头的强韧性，分析接头各种组织对Q690/Q890高强钢焊接接头力学性能和抗裂性的影响，并选择最佳焊接参数和焊丝。
　　Q690/Q890高强钢接头直Y坡口对接裂纹试验表明:裂纹通常出现在Q890侧高强钢熔合区根部，接头根部裂纹率随着焊接热 输入的增加而增大，当焊接热输入控制在12～17kJ/cm时，选用MK·GHS-60、MK·GHS-70焊丝不预热焊接都可以使Q690/Q890高强钢改进的“小铁研”试验的接头裂纹率控制在10％以下，但选用MK·GHS-70焊丝，裂纹率的大小随热输入变化的稳定程度均优于MK·GHS-60焊丝。
　　采用金相显微镜、扫描电镜研究了Q690/Q890高强钢接头裂纹扩展形态和不同焊丝、焊接参数下的显微组织，建立了焊接参数、焊丝成分、接头显微组织类型与接头抗裂性之间的联系。接头裂纹在Q890钢侧根部形成后会沿着熔合区扩展，扩展路径比较曲折，先向前扩展一段距离后会停止扩展或者转入焊缝中止裂。在扩展过程中会形成分支，沿着先共析铁素体等低强度相或上贝氏体等脆性相向焊缝中扩展。焊缝中的针状铁素体表现出了较好的抗裂性能，并且焊缝中的夹杂物为针状铁素体提供了大量的形核质点，但夹杂物尺寸过大时会降低接头的抗裂性。采用MK·GHS-60时随着焊接热输入的增大，先共析铁素体、侧板条铁素体含量增加，焊接热输入过大时会出现块状铁素体等低强度相;MK·GHS-70焊丝由于加入了Ni元素，限制了先共析体素体与侧板条铁素体的转变，奥氏体的高温稳定性增加，在焊接时热输入较大的焊缝中针状铁素体含量仍然较高。焊接热输入的增加会使Q690/Q890高强钢接头热影响区晶粒尺寸不断变大，热影响区中贝氏体组织增多，贝氏体板条以及粒状贝氏体的小岛的尺寸也逐渐变粗。同时随着焊接热输入的增加，回火区中的碳化物析出增多，加重了接头“软化”程度。
　　通过对Q690/Q890高强钢焊接接头多层多道焊不同焊丝强韧性匹配进行研究发现MK·GHS-60打底MK·GHS-70盖面的组合焊接工艺具有更好的冲击韧性和较优的经济性。焊缝的强韧性与焊缝中针状铁素体的含量有关，铁素体含量较高的Q690/Q890高强钢焊接接头韧性较好，而当Q690/Q890高强Q890钢侧热影响区到焊缝的显微组织由ML+BL混合组织逐渐变为以AF+少量BL的组织时接头熔合区组织强韧性较好。