工程机械用高强钢及其焊接研究现状丁阵伟

工程机械用高强钢及其焊接研究现状丁阵伟

丁阵伟杨丹丹关晓明

徐州世通重工机械制造有限责任公司江苏省徐州市221001

摘要：随着工程机械用钢向高强高韧方向发展，其对焊接性的要求也越来越高。本文介绍了国内外工程机械用高强钢的强度级别、主要生产厂家及钢材型号，并论述了工程起重机、土石方机械、混凝土机械及液压支架等工程机械用高强钢及其焊接方法、焊接材料、焊接工艺等研究现状。

关键词：工程机械；高强钢；焊接

工程机械行业是机械工业的重要组成部分。随着工程机械的发展，其用钢强度级别也越来越高。在工程机械产品中，焊接结构件约占整机重量的50%～70%，液压支架主体几乎完全采用焊接结构。因此，钢材的焊接性对工程机械的产品质量起着重要的作用，也影响着钢材的推广应用。钢的强度级别越高，其焊接难度越大，高强钢的焊接技术成为工程机械产品开发的关键技术。

1工程机械用高强钢发展现状

1.1国外工程机械用高强钢发展现状

日本的JFE开发的HITEN系列为工程机械用高强结构钢，包括590S、690S、790S和980S等不同强度级别，具有良好的焊接性。780LE是低温用钢，通过降低碳当量来保证良好的焊接性。JFE开发的EVERHARD系列是工程机械用耐磨钢，包括标准系列（360、400、500）、合金系列（360A、500A）和高韧系列（360LE、400LE、500LE），其中500LE级的典型抗拉强度达到1681MPa。新日铁住金开发的WEL-TEN系列为高强结构钢，包括6个强度级别，其中590～950MPa级标准钢板中添加了Cu、Ni、Cr、Mo等多种合金元素，而590E～950E级经济型高强钢合金元素相对较少，其中950E级最大抗拉强度达到1130MPa。ABREX系列是新日铁住金生产的高强耐磨钢，分为4种标准型（400、450、500、600）和3种高韧型（400LT、450LT、500LT）。ABREX系列高强度耐磨钢的耐磨性和抗拉强度都很高，焊接性优异，可以用于耐磨部位的制造，以提高耐磨件的寿命。瑞典的SSAB公司生产的WELDOX系列是专门用于起重机吊臂等高应力结构件制造的高强度结构钢，具有良好的强度、韧性和焊接性能，其中WELDOX1300最小屈服强度为1300MPa，且具有良好的韧性。HARDOX系列（400、450、500、550、600）是SSAB生产的主要用于严重磨损环境下的高强耐磨钢。

1.2国内工程机械用高强钢发展现状

国内工程机械用钢的开发起步较晚，近二三十年来陆续引进国外工程机械制造技术后，我国工程机械用钢才逐渐打破了以Q235和Q345低级别钢为主的状态。目前，济钢、鞍钢、宝钢、首钢、舞钢等已开发出了600、700、800、1000MPa及以上多个级别的高强度工程机械用钢。600MPa级工程机械用钢主要用于制造大型起重吊车、推土机、刮板运输机、液压支架等，如武钢的HJ58、HG60等、酒钢的JGH60、济钢的JG590、鞍钢的HQ60等。该级别工程机械用钢冷裂敏感性不大，适应较大焊接热输入。700MPa级工程机械用钢主要用于起重机吊臂、大型挖掘机、大型液压支架等，如武钢的DB685、舞钢的WH70、鞍钢的HQ70等。

2工程机械用高强钢焊接研究现状

2.1工程起重机

起重机钢结构约占起重机总重量的40%～90%，制造成本占总成本的1/2以上。为了减轻起重机自重，特别是吊臂自重，现在起重机行业逐渐采用高强度钢制作箱形伸缩吊臂和桁架式吊臂。随着起重机吊起重量的增加，所采用的钢的强度也逐渐增加。国内外为了扩大高强度钢的应用，非常重视高强度钢的焊接工艺等技术的研究和应用。为了适应国内最大型单机1000～1100MW及其以下火电机组建设，华电郑州机械设计研究院有限公司研制的单钩吊重达160t的FZQ塔式起重机，在不改变塔身截面尺寸的情况下，采用Q550D低合金高强钢和Q460C管材代替原来的钢材，以最大程度降低生产成本。

2.2土石方机械

土石方机械主要包括挖掘机、装载机、推土机等，在作业过程中，受到很大的冲击载荷和交变载荷，尤其是铲斗刃板会受到很大的磨损，所以其所用材料要求具有较高的强度、硬度、耐磨性以及承受较大冲击载荷的能力。孔海旺等对35m3大型挖掘机铲斗高锰钢焊接工艺进行了研究。斗前体材料为低合金高强度结构钢Q690，斗唇和斗齿的主要材料为高锰钢ZGMn13，此钢焊前不预热，Q690钢焊前预热温度100℃，焊接方法为药芯焊丝CO2气体保护焊，焊接热输入控制在22kJ/cm以下，采用多层多道焊，焊接层间温度控制在100～150℃，焊后及时水冷处理来锤击，进行局部消应力热处理，保温温度500℃，保温时间4h。此方法焊接斗前体与斗唇，效率高、成本低、具有良好的焊接质量。

2.3混凝土机械

国内三一重工、中联重科、山推楚天及福田重机等都制造混凝土泵车，尤其是三一重工，泵车制造技术已经达到了国际先进水平。三一重工股份有限公司毛为乙等研究了不同热输入对WELDOX960E焊接接头疲劳寿命的影响，采用80%Ar+20%CO2焊接方法，焊接热输入从8.16kJ/cm到13.92kJ/cm，试验用板10mm厚。试验结果表明，焊接热输入越高，焊接接头热影响区软化程度越严重，试样疲劳寿命越低。中联重科江亚平研究了WELDOX700、WELDOX900、WELDOX960、DILIMAX690和DILIMAX-890系列高强度钢在混凝土泵车上的焊接应用。结果表明，当板厚≤20mm时，上述高强钢都不需要预热，板厚和钢材强度增大，预热温度增高。

2.4煤矿液压支架

液压支架是综合采煤工作面机械装备的核心，约占设备投资总额的70%。为了实现液压支架高强度、高可靠性、低自重的要求，支架用钢强度级别越来越高。液压支架主体几乎完全采用焊接结构，所选钢材除强度级别较高以外，还要具有良好的焊接性、缺口韧性及低敏感性。宝钢、鞍钢、武钢、济钢、舞钢、太钢及首钢等已相继开发出屈服强度为460～960MPa的高强度煤机用钢，以适应煤矿机械的需要，1000MPa及以上级高强钢也逐渐用于液压支架中。Q690高强钢在我国液压支架制造方面有广泛应用，其碳当量较高，具有一定的冷裂倾向。针对Q690高强板焊接工艺研究文献较多，主要涉及焊接方法、焊接材料、焊接工艺参数等。

结束语：

当前，工程机械用高强钢中，国外的高强钢品种占有很高的比例，其品种丰富，成系列化发展，为适用不同的需求，采用不同的合金元素设计和热处理工艺，对成熟钢种的焊接性研究也较成熟。国内工程机械用高强钢发展较快，600～1000MPa级都有生产，对焊接性的研究也已逐步跟上。工程机械用高强钢焊接方法以Ar+CO2气体保护焊为主，随着板厚和强度增加，需辅以预热和焊后处理，屈服强度低于700MPa等级的钢板，一般选用等强匹配，屈服强度900MPa及以上的钢板，考虑等韧匹配原则，需控制焊接热输入不宜过大。

参考文献：

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