隨著國內綜合采煤機械化水平的不斷提升，高端液壓支架需求量不斷增大，為實現支架高強度和高可靠性要求，同時又盡量減輕支架重量，方便井下運輸和安裝，支架用鋼材的強度也愈來愈高。為保證高端液壓支架焊接接頭的綜合力學性能滿足高強度高可靠性的設計及使用要求，達到國際先進水平。

鄭州煤礦機械集團有限公司與哈爾濱焊接研究所合作對高端液壓支架上使用的屈服強度900MPa級高強鋼板的焊接性、配套焊接材料及焊接工藝進行了研究，同時根據液壓支架推移框架的結構特點，對SHT900D鋼焊接的焊接工藝及接頭性能進行了試驗與評定。

試驗用屈服強度900MPa級高強鋼板SHT900D由上海三鋼有限責任公司生產，交貨狀態為調質，鋼板厚度20mm。試驗鋼板的化學成分及力學性能見表1 。

SHT900D鋼配套焊接材料選用德國DRAHTZUGSTEIN公司生產的1.2mmMEGAFIL1100M無縫藥芯焊絲，該焊絲符合美國AWSA5.28E120CG標準要求，采用80%Ar+20%CO2氣體保護焊熔敷金屬力學性能及擴散氫含量見表2。

采用FORMASTORD型快速膨脹儀研究不同焊接熱循環條件下焊接熱影響區(HAZ)過熱區組織轉變規律；插銷冷裂紋試驗按國家標準GB94461988規定進行，使用HCL3MC微機控制五頭插銷試驗機。插銷試件從20mm厚SHT900D鋼板的1/4處取，試件直徑為6mm，插銷試件的缺口形式及尺寸見圖1所示。

插銷試驗采用斷裂準則進行評定；斜Y坡口焊接裂紋試驗按國家標準GB4675。189規定進行，試件焊后放置48h，進行表面、斷面裂紋檢查；幾種不同焊接熱輸入量及不同焊道間溫度下SHT900D鋼對接接頭性能試驗的焊接工藝如表3所示，試板尺寸為20mm×150mm×300mm，采用單邊30°V形坡口；焊接接頭沖擊試驗和焊縫金屬拉伸試驗按照國家標準GB2650265289規定進行；焊接接頭的組織采用標準的金相分析方法進行分析。

3.1  SHT900D鋼焊接冷裂紋敏感性

不同焊接熱循環條件下SHT900D鋼焊接HAZ過熱區組織和硬度如表4所示。

可見，SHT900D鋼出現貝氏體的臨界冷卻時間為60s，馬氏體轉變終了的臨界冷卻時間為260s。當t8/3≤60s時，HAZ過熱區組織為100%M，硬度為395HV5；當60s<t8/3≤260s時，HAZ過熱區組織為M+B混合組織，隨t8/3增加，M逐漸減少，B逐漸增加，硬度逐漸降低；當t8/3>260s時，HAZ過熱區組織為100%B，隨t8/3增加HAZ過熱區硬度值進一步降低，但變化幅度較小。

從表5試驗結果可以看到，當t8/3≤260s時，焊接熱影響區組織均有馬氏體存在，表明SHT900D鋼HAZ有較強的淬硬傾向，采用常規的弧焊方法焊接，熱影響區不可避免地要產生淬硬組織。因此，實際焊接過程中，應該采取必要的工藝措施防止焊接接頭冷裂紋的產生。不同預熱溫度條件下SHT900D鋼板插銷臨界斷裂應力測試結果如圖2所示。

可見，隨著預熱溫度的提高，插銷臨界斷裂應力增大，當預熱溫度為100℃時，插銷臨界斷裂應力達到SHT900D鋼的實際屈服強度(925MPa)。插銷試驗結果表明，SHT900D鋼采用MEGAFIL1100M焊絲，預熱100℃，在中等拘束條件下焊接可以防止焊接冷裂紋的產生。表6是不同溫度條件下SHT900D鋼斜Y坡口焊接裂紋試驗結果。

可見，隨著預熱溫度的提高，焊縫表面及斷面裂紋率降低，當預熱溫度超過125℃后，焊縫表面及斷面裂紋率均為零。斜Y形坡口焊接裂紋試驗結果表明，采用MEGAFIL1100M焊絲在苛刻的拘束條件下焊接SHT900D鋼，預熱溫度應不低于125℃。

3.2　焊接工藝參數對焊接接頭組織及力學性能的影響

由于焊接熱輸入量及焊道間溫度變化將影響焊接熱循環過程，由此將對焊接接頭焊縫金屬和熱影響區的組織和力學性能帶來影響。為了掌握焊接熱輸入量及焊道間溫度變化對SHT900D鋼焊接接頭組織及力學性能的影響，為焊接工藝制訂提供依據，采用表3焊接參數進行了不同焊接熱輸入量及不同焊道間溫度的SHT900D鋼對接接頭力學性能試驗，并對焊接接頭的組織進行了分析。

不同焊接熱輸入量及焊道間溫度條件下，焊縫金屬拉伸及焊接接頭低溫沖擊試驗結果分別見表6。可見，熱輸入量變化對焊縫金屬的拉伸性能影響不大，而對焊接接頭的低溫沖擊性能有一定影響。熱輸入量增加，焊接接頭AKV-20℃呈下降趨勢，特別是焊縫金屬的沖擊吸收功下降明顯。因此，為提高焊接接頭的沖擊韌度，采用MEGAFIL1100M焊絲焊接SHT900D鋼板時，應適當控制焊接熱輸入量；

隨著焊道間溫度的提高，焊接接頭焊縫金屬的抗拉強度和屈服強度降低，斷后伸長率變化不大，而焊接接頭焊縫金屬及熱影響區的AKV-20℃呈上升趨勢，其中焊接熱影響區的沖擊吸收功有明顯的提高。采用光學顯微鏡分別對三種不同焊接條件下SHT900D鋼焊接接頭焊縫金屬及焊接熱影響區微觀組織進行了分析，結果分別見圖3和圖4。

可見，不同焊接工藝參數條件下焊縫金屬金相組織均為細小的細針狀鐵素體加貝氏體混合組織。2號與4號相比，焊道間溫度從150℃提高到200℃，焊縫金屬的金相組織變化不明顯；而2號與3號相比，焊接熱輸入量從1.04kJ/mm提高到1.45kJ/mm，焊縫金屬組織中出現粒狀貝氏體。不同焊接工藝參數條件下，SHT900D鋼焊接過熱區組織均為馬氏體加貝氏體混合組織。

2號焊接過熱區金相組織為馬氏體+少量下貝氏體；4號焊接過熱區金相組織為下貝氏體+馬氏體，下貝氏體比例較多；3號焊接過熱區金相組織為馬氏體+少量下貝氏體。分析認為，焊接熱輸入量的提高，焊縫金屬組織中粒狀貝氏體組織的出現及重熱區所占比例的減少導致了焊縫金屬低溫韌性降低；而焊道間溫度從150℃提高到200℃，焊接過熱區中下貝氏體所占比例增加是其韌性提高的主要原因。綜合考慮焊接接頭的拉伸及沖擊性能，焊接熱輸入量控制在1.04kJ/mm左右，焊道間溫度控制在150℃左右比較合適。

3.3  SHT900D鋼焊接接頭綜合力學性能

采用2號工藝焊接參數焊接20mm厚SHT900D對接接頭，試板坡口尺寸為:單面30°V形坡口，鈍邊2mm，組對間隙2mm。按照國家標準GB2650265589規定，分別對焊接接頭的拉伸性能、沖擊性能及彎曲性能進行了試驗。

焊接接頭拉伸斷于母材，抗拉強度1030MPa；焊接接頭側彎(彎頭直徑為3倍試樣厚度，彎曲120°)完好；焊縫金屬及焊接熱影響區-20℃夏比V形缺口沖擊功平均值分別為42.56J。焊接接頭的綜合力學性能滿足高端液壓支架推移框架的設計要求。

3.4　產品應用

所研究成果已成功應用于4.5m液壓支架推移框架的制造。采用此焊接工藝生產的推桿通過了行業MT3122000標準強度、壽命試驗，歐洲長壁支架結構件測試標準強度、壽命試驗。推移框架的焊接質量經受住了礦井作業現場比較惡劣的環境和較高強度開采的考驗。

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