CN113275710A

CN113275710A - 液压支架用750MPa级高强钢中厚板不预热焊接方法

Info

Publication number: CN113275710A
Application number: CN202110600837.XA
Authority: CN
Inventors: 孟贺超; 李福永; 兰志宇; 刘晟; 郭玉坤; 凡乃峰; 段青辰; 赵胜云; 卢君
Original assignee: Zhengzhou Coal Mining Machinery Group Co Ltd
Current assignee: Zhengzhou Coal Mining Machinery Group Co Ltd
Priority date: 2021-05-31
Filing date: 2021-05-31
Publication date: 2021-08-20
Anticipated expiration: 2041-05-31
Also published as: CN113275710B

Abstract

本发明提供了一种液压支架用750MPa级高强钢中厚板不预热焊接方法，包括以下步骤：将零件拼装为液压支架结构件组件；对拼装好的液压支架结构件组件各焊缝进行人工点固焊接；对人工点固焊后的液压支架结构件组件进行手工整体打底焊；将手工整体打底焊后的液压支架结构件组件，用焊接机器人进行整体打底焊；将所述焊接机器人整体打底焊后的液压支架结构件组件，用所述焊接机器人逐条焊道进行填充焊和盖面焊。该压支架用750MPa级高强钢中厚板不预热焊接方法具有设计科学、无需预热步骤、可保证焊接质量、易于推广应用的优点。

Description

液压支架用750MPa级高强钢中厚板不预热焊接方法

技术领域

本发明涉及一种液压支架用结构件焊接方法，具体的说，涉及了一种液压支架用750MPa级高强钢中厚板不预热焊接方法。

背景技术

液压支架作为煤矿综采设备中主要的支护设备，由于井下服役条件恶劣，液压支架对耐压性和耐腐蚀性均有很高要求。液压支架的结构件主要由低合金高强钢的中厚板组成，中厚板的厚度一般为20-50mm，这些结构件一般采用箱型结构，具有拼装精度低、焊接量大、材料强度级别高、焊接性差、焊接拘束度高等特点。

传统的液压支架结构件用钢的强度级别从低到高分别为：Q355、Q460、Q550、Q690和Q890，传统液压支架结构件焊接工艺中，Q550级别以上的钢板焊前需要预热100℃以上。近年来虽然行业内相继开发出了一部分免预热的Q690级别钢板焊接方法，但其应用的普遍为厚度30mm以下的中薄钢板，但由于板材厚度越厚，焊接拘束性就越差，上述不预热焊接方法应用于厚度为35-50mm的厚板中，非常容易出现冷裂纹、热裂纹、未熔合等缺陷，导致无法实际应用，由于钢板成本高、性能不稳定、焊接稳定性差等缺点，上述不预热焊接方法一直没有在行业内推广。

抗拉强度为750MPa级的中厚钢板在成分上与Q690类似，应用在液压支架的焊缝集中、拘束应力较大的多箱型结构时焊接性较差，进行免预热焊接难度较大，行业内对此钢板的中厚板在焊接工艺方面的研究更是空白。

为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种设计科学、无需预热步骤、可保证焊接质量、易于推广应用的液压支架用750MPa级高强钢中厚板不预热焊接方法。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种液压支架用750MPa级高强钢中厚板不预热焊接方法，其中，所述750MPa级高强钢中厚板是指低碳、热机械轧制的厚度为20-50mm的低合金高强钢板，包括以下步骤：

步骤（a）、将零件拼装为液压支架结构件组件，控制坡口焊缝的深度公差不大于2mm，坡口焊缝的角度公差不大于2°，角焊缝拼装间隙不大于2mm；

步骤（b）、对拼装好的液压支架结构件组件各焊缝进行人工点固焊接，采用ER50-6φ1.2mm规格的实芯焊丝，采用惰性气体保护，焊接参数为：焊接电流260-280A，电弧电压27-28V，焊接速度35-45cm/min，焊丝干伸长15-20mm；

步骤（c）、对人工点固焊后的液压支架结构件组件进行手工整体打底焊，采用ER62-G φ1.2mm规格的实芯焊丝，采用惰性气体保护，焊接参数为：焊接电流280-300A，电弧电压29-30V，焊丝干伸长15-20mm，焊接速度35-45cm/min；

步骤（d）、将手工整体打底焊后的液压支架结构件组件，用焊接机器人进行整体打底焊，焊接参数为：焊接电流300-340A，电弧电压29-31V，焊丝干伸长20-25mm，焊接速度为40-45cm/min，摆动幅度3-4mm，进行整体打底焊时需开启电弧跟踪功能，使所述焊接机器人自动识别出工件实际焊道与编程示教时的理论焊道之间的差异，并自动计算出后续填充焊、盖面焊时的修正焊接路径；

步骤（e）、将所述焊接机器人整体打底焊后的液压支架结构件组件，用所述焊接机器人逐条焊道进行填充焊和盖面焊，焊接参数为：焊接电流380-440A，电弧电压30-33V，焊接速度45-60cm/min，焊丝干伸长20-25mm，摆动幅度3-4mm。

基于上述，步骤（d）和步骤（e）中所述焊接机器人采用80%Ar和20%CO₂混合气体作为保护气，保护气体流量20-30L/min，采用的焊丝为ER76-G φ1.4mm或1.6mm规格的实芯焊丝。

基于上述，所述ER62-G φ1.2mm规格的实芯焊丝，其熔敷金属化学成分以质量百分比记为：C≤0.10%，Si 0.40-0.60%，Mn 1.25-1.65%，S≤0.015%，P≤0.020%，Ti 0.02-0.12%，力学性能为：抗拉强度＞620MPa，屈服强度＞520MPa，伸长率＞19%，-20℃V型缺口冲击功＞68J；所述ER76-G φ1.4mm或1.6mm规格的实芯焊丝，其熔敷金属化学成分以质量百分比记为：C≤0.10%，Si 0.40-0.60%，Mn 1.45-1.65%，S≤0.015%，P≤0.020%，Ni 0.80-1.20%，Mo 0.30-0.45%，力学性能为：抗拉强度＞760MPa，屈服强度＞660MPa，伸长率＞16%，-20℃的V型缺口冲击功＞47。

基于上述，所述液压支架结构件组件焊前环境温度为5℃以上。

基于上述，步骤（b）和步骤（c）中的惰性气体为80%Ar和20%CO₂的混合气体。

基于上述，步骤（b）中，人工点固焊接时，点固焊缝长度为40-60mm、高度5-6mm、间隔300-500mm。

基于上述，步骤（b）和步骤（c）之间还设置有清理焊缝的步骤，将焊道两侧30-50mm范围内的铁锈、油污、浮渣清除干净，并采用角磨机打磨焊道表面至出现金属光泽。

本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体的说，本发明具有以下优点：

1、本发明首次提出采用焊接机器人对750MPa级别高强钢中厚板（厚度为20-50mm）进行免预热焊接，该750MPa级别高强钢中厚板能够运用于液压支架结构件的生产；由于ER50-6实芯焊丝具有韧性优异、抗拉强度低的特点，用其对液压支架结构件组件进行免预热点固焊接，可有效降低焊缝的开裂倾向，并通过点固焊缝对焊道的加固，增加的整体构件的刚度，减少了后续整体打底焊时引起的焊道变形，一定程度上减小了打底焊时的焊缝冷裂倾向；ER62-G 的实芯焊丝与ER50-6实芯焊丝相比强度稍高，但韧性同样较好，采用手工整体打底焊，一方面利于减少焊接裂纹，另一方面由于液压支架拼装精度较差，特别是坡口焊缝拼装间隙和坡口的大小差别较大，先进行手工整体打底焊可充分发挥了人的主观能动性，减少由于焊缝精度误差导致的焊接缺陷；由于焊接机器人的工作电流较大，对焊接裂纹敏感性较强，采用所述焊接机器人再次整体打底焊，两次整体打底焊后能够大大降低焊缝的拘束度，进一步减少焊接裂纹等缺陷的生产，同时有手工打底焊的基础，减轻了由于拼装精度对所述焊接机器人焊接的影响，方便了所述焊接机器人的操作。

2、由于本发明主要用于中厚板的免预热焊接，焊接接头的焊道较多，手工定位焊接和打底焊接在整体焊缝中所占比重较小，手工采用低强的焊丝不会降低整体焊接接头的强度，从而保证了焊接接头在实现免预热的同时具有良好的强韧性匹配；采用本发明的方法，能够实现750MPa级别的高强钢中厚板免预热焊接的同时，将手工工序和机器人焊接工序进行了拆分，非常利于液压支架的实际生产，综合焊接效率很高。

3、本发明的方法可操作性强、焊接成本低、人工劳动强度小，焊接效率高，与常规的焊前预热100℃相比，采用本发明的方法可提高整体焊接效率20%以上，焊接成本可降低10%以上。

附图说明

图1是本发明方法焊后的坡口焊缝焊接接头宏观金相照片。

图2是本发明方法焊后的坡口焊缝熔合线附近区域的光学显微照片。

具体实施方式

下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

一种液压支架用750MPa级高强钢中厚板不预热焊接方法，其中，所述750MPa级高强钢中厚板是指低碳、热机械轧制的厚度为20-50mm的低合金高强钢板，包括以下步骤：

（1）将零件拼装为液压支架结构件组件，控制坡口焊缝的深度公差不大于2mm，坡口焊缝的角度公差不大于2°，角焊缝拼装间隙不大于2mm；

（2）对拼装好的液压支架结构件组件各焊缝进行人工点固焊接，采用ER50-6 φ1.2mm规格的实芯焊丝，采用80%Ar和20%CO₂混合气体保护，焊接参数为：焊接电流260-280A，电弧电压27-28V，焊接速度35-45cm/min，焊丝干伸长15-20mm，点固焊缝长度为40-60mm、高度5-6mm、间隔300-500mm；

（3）将各焊道两侧30-50mm范围内的铁锈、油污、浮渣清除干净，并采用角磨机打磨焊道表面至出现金属光泽；

（4）对人工点固焊后的液压支架结构件组件进行手工整体打底焊，采用ER62-G φ1.2mm规格的实芯焊丝，采用80%Ar和20%CO₂混合气体保护，焊接参数为：焊接电流280-300A，电弧电压29-30V，焊丝干伸长15-20mm，焊接速度35-45cm/min；

（5）将手工整体打底焊后的液压支架结构件组件，用焊接机器人进行整体打底焊，采用80%Ar和20%CO₂混合气体作为保护气，保护气体流量20-30L/min，采用的焊丝为ER76-Gφ1.4mm或1.6mm规格的实芯焊丝，焊接参数为：焊接电流300-340A，电弧电压29-31V，焊丝干伸长20-25mm，焊接速度为40-45cm/min，摆动幅度3-4mm，进行整体打底焊时需开启电弧跟踪功能，使所述焊接机器人自动识别出工件实际焊道与编程示教时的理论焊道之间的差异，并自动计算出后续填充焊、盖面焊时的修正焊接路径；

（6）将所述焊接机器人整体打底焊后的液压支架结构件组件，用所述焊接机器人逐条焊道进行填充焊和盖面焊，采用80%Ar和20%CO₂混合气体作为保护气，保护气体流量20-30L/min，采用的焊丝为ER76-G φ1.4mm或1.6mm规格的实芯焊丝，焊接参数为：焊接电流380-440A，电弧电压30-33V，焊接速度45-60cm/min，焊丝干伸长20-25mm，摆动幅度3-4mm。

其中，所述ER62-G φ1.2mm规格的实芯焊丝，其熔敷金属化学成分以质量百分比记为：C≤0.10%，Si 0.40-0.60%，Mn 1.25-1.65%，S≤0.015%，P≤0.020%，Ti 0.02-0.12%，力学性能为：抗拉强度＞620MPa，屈服强度＞520MPa，伸长率＞19%，-20℃V型缺口冲击功＞68J；所述ER76-G φ1.4mm或1.6mm规格的实芯焊丝，其熔敷金属化学成分以质量百分比记为：C≤0.10%，Si 0.40-0.60%，Mn 1.45-1.65%，S≤0.015%，P≤0.020%，Ni 0.80-1.20%，Mo0.30-0.45%，力学性能为：抗拉强度＞760MPa，屈服强度＞660MPa，伸长率＞16%，-20℃的V型缺口冲击功＞47。

所述液压支架结构件组件焊前环境温度为5℃以上。

从图1和图2中能够看出，本发明方法焊接的750MPa级高强钢中厚板，焊缝致密性好、各处一致性好、没有裂纹、拼装精度高，能够满足液压支架结构件的对耐高压和耐腐蚀性的要求；与常规的焊前预热100℃相比，采用本发明的方法可提高整体焊接效率20%以上，焊接成本可降低10%以。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims

1.一种液压支架用750MPa级高强钢中厚板不预热焊接方法，其中，所述750MPa级高强钢中厚板是指低碳、热机械轧制的厚度为20-50mm的低合金高强钢板，其特征在于，包括以下步骤：

步骤（b）、对拼装好的液压支架结构件组件各焊缝进行人工点固焊接，采用ER50-6 φ1.2mm规格的实芯焊丝，采用惰性气体保护，焊接参数为：焊接电流260-280A，电弧电压27-28V，焊接速度35-45cm/min，焊丝干伸长15-20mm；

步骤（c）、对人工点固焊后的液压支架结构件组件进行手工整体打底焊，采用ER62-Gφ1.2mm规格的实芯焊丝，采用惰性气体保护，焊接参数为：焊接电流280-300A，电弧电压29-30V，焊丝干伸长15-20mm，焊接速度35-45cm/min；

2.根据权利要求1所述的液压支架用750MPa级高强钢中厚板不预热焊接方法，其特征在于：步骤（d）和步骤（e）中所述焊接机器人采用80%Ar和20%CO₂混合气体作为保护气，保护气体流量20-30L/min，采用的焊丝为ER76-G φ1.4mm或1.6mm规格的实芯焊丝。

3.根据权利要求2所述的液压支架用750MPa级高强钢中厚板不预热焊接方法，其特征在于：所述ER62-G φ1.2mm规格的实芯焊丝，其熔敷金属化学成分以质量百分比记为：C≤0.10%，Si 0.40-0.60%，Mn 1.25-1.65%，S≤0.015%，P≤0.020%，Ti 0.02-0.12%，力学性能为：抗拉强度＞620MPa，屈服强度＞520MPa，伸长率＞19%，-20℃V型缺口冲击功＞68J；所述ER76-G φ1.4mm或1.6mm规格的实芯焊丝，其熔敷金属化学成分以质量百分比记为：C≤0.10%，Si 0.40-0.60%，Mn 1.45-1.65%，S≤0.015%，P≤0.020%，Ni 0.80-1.20%，Mo 0.30-0.45%，力学性能为：抗拉强度＞760MPa，屈服强度＞660MPa，伸长率＞16%，-20℃的V型缺口冲击功＞47。

4.根据权利要求1-3任一项所述的液压支架用750MPa级高强钢中厚板不预热焊接方法，其特征在于：所述液压支架结构件组件焊前环境温度为5℃以上。

5.根据权利要求4所述的液压支架用750MPa级高强钢中厚板不预热焊接方法，其特征在于：步骤（b）和步骤（c）中的惰性气体为80%Ar和20%CO₂的混合气体。

6.根据权利要求1、2、3和5任一项所述的液压支架用750MPa级高强钢中厚板不预热焊接方法，其特征在于：步骤（b）中，人工点固焊接时，点固焊缝长度为40-60mm、高度5-6mm、间隔300-500mm。

7.根据权利要求6所述的液压支架用750MPa级高强钢中厚板不预热焊接方法，其特征在于：步骤（b）和步骤（c）之间还设置有清理焊缝的步骤，将焊道两侧30-50mm范围内的铁锈、油污、浮渣清除干净，并采用角磨机打磨焊道表面至出现金属光泽。