Q690和Q460高強鋼的激光/MIG焊研究前瞻

侯軍 鄧娟 史仁貴

摘 要：通過國內外高強鋼激光/MIG復合焊摘要研究，參考德國，美國在機械裝備制造業(yè)對高強鋼激光/MIG復合焊的應用實例，論證此項技術在煤炭采掘裝備上具有的應用前景，采煤機等煤炭采掘機械工作環(huán)境惡劣復雜，焊縫的焊接質量對整機制造尤為關鍵，此項高強鋼激光/MIG復合焊的應用將解決采煤機框架結構使用壽命問題，并創(chuàng)造國內復合焊在實際應用產(chǎn)品上的案例。

關鍵詞：Q690高強鋼;激光/MIG復合焊;采煤機;殘余應力

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.17.017

目前，我國采煤機聯(lián)接框架焊接方法主要以焊條電弧焊、熔化級活性氣體保護焊和MIG焊為主，通過填充不銹鋼或低碳鋼焊材形成低匹配焊縫，由于這類方法焊接熱輸入大、焊縫及熱影響區(qū)寬，工件焊接變形難以控制，焊后殘余應力大。據(jù)礦方反應焊縫周邊存在飛濺，焊縫成形表面焊紋等影響采煤機外觀的質量現(xiàn)象，焊縫質量提升對我公司采煤機品牌形象建立影響巨大。

1 國內外概況、水平和發(fā)展趨勢

1.1 國內外發(fā)展趨勢及情況

在激光/電弧復合焊接的實際應用方面，國內明顯落后于國外。這一點可以從激光/電弧復合焊接技術規(guī)范、標準的發(fā)展現(xiàn)狀得到反映。目前，美國焊接學會已經(jīng)制定了激光/電弧復合焊的相關技術標準或規(guī)范。而我們國家目前還沒有激光/電弧復合焊方面的標準。國外激光/電弧復合焊接技術已經(jīng)在民用領域得到比較廣泛的應用。我們國家這方面的應用發(fā)展較緩慢，在采煤機裝備制造的應用還處于空白期。

1.2 采煤機生產(chǎn)過程中需解決的問題

隨著煤炭行業(yè)去產(chǎn)能的深化發(fā)展，從2016年至今關閉小煤窯，合并成立大型煤炭企業(yè)，使得煤炭產(chǎn)量得到控制恢復，煤炭價格穩(wěn)定在利潤適中的價格區(qū)間內，合并后的大型煤炭企業(yè)的向好發(fā)展，對煤炭主要開采設備采煤機的需求越來越大。這也給我公司帶來了發(fā)展機遇，我公司近兩年內訂單需求旺盛，當前生產(chǎn)效率無法滿足急速增長的產(chǎn)量需求，配套交貨時間時常出現(xiàn)延誤現(xiàn)象，因此，提高焊接生產(chǎn)效率已成為迫在眉睫需要解決的問題。

1.3 激光-MIG復合焊研究的必要性

激光-MIG復合焊焊接過程中熔滴向熔池的過渡是在無電流狀態(tài)下依靠表面張力驅動作用完成的，因此焊接過程熱輸入小、無飛濺。與傳統(tǒng)手工電弧焊焊接相比，激光/MIG復合焊過程熱輸入小，焊縫和焊接熱影響區(qū)組織細小，因此軟化及韌性下降等問題可以得到有效抑制。

2 主要研究、實驗內容

2.1 選用的焊接材料

以采煤機2550型號177J聯(lián)接結構為例，產(chǎn)品設計中采用了大量的Q460和Q690高強鋼材料，所以本項目研究選用Q460和Q690材質厚度為30mm板材作為主要研究對象，焊接熱源為大功率光纖激光器和MIG焊機，手工電弧焊機。

2.2 焊接參數(shù)研究

針對光纖激光/MIG復合焊接技術所涉及的主要工藝參數(shù)（激光功率、離焦量、焊接速度、激光功率調制參數(shù)、MIG焊接電壓、焊接電流、送絲速度、送絲角度、焊絲抽送頻率;光絲間距、坡口形式、裝配間隙、保護氣流量等）進行試驗，確定適合Q460和Q690高強鋼的焊接參數(shù)的準確數(shù)值。

3 研究、試驗方法

根據(jù)項目要求，參考金屬結構分公司焊接Q690和Q460材質框架結構件實際情況，開展針對不同板厚的兩種超高強度結構鋼件的激光/MIG復合焊接工藝方法，具體如表1所示。

通過對激光-MIG復合焊參數(shù)工藝分析，優(yōu)化工藝數(shù)據(jù)、焊接后進行機械性能試驗對比，質量檢測包括金相分析，拉力試驗，彎曲試驗，殘余應力測試。

4 結束語

綜上所述，通過激光-MIG復合焊焊接Q690和Q460高強鋼與MIG焊機焊接Q690和Q460高強鋼工藝方法及力學機械性能的對比，得出激光-MIG復合焊技術可用于我公司生產(chǎn)高端采煤機框架結構焊接，用以改進我公司原有焊接工藝，在提高我公司框架焊接質量同時，達到提高工作效率目的。

參考文獻：

[1]Zhang，L.J.，Ning，J.，Zhang，X.J.，Zhang，G.F.，& Zhang，J.X. .（2015）.Single pass hybrid laser-mig welding of 4-mm thick copper without preheating. Materials & Design，74，1-18.

[2]Zhang，L.J.，Zhang，G.F.，Ning，J.，Zhang，X.J.，& Zhang，J. X..（2015）.Microstructure and properties of the laser butt welded 1.5-mm thick t2 copper joint achieved at high welding speed. Materials & Design，88，720-736.