近20年，煤炭產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，開采工藝及裝備水平的不斷提高，對采煤機(jī)性能的要求越來越高，而液壓支架是現(xiàn)代化高產(chǎn)高效長壁綜采工作面的關(guān)鍵設(shè)備之一，它的主要作用是支護(hù)采場項(xiàng)板，維護(hù)安全作業(yè)空間，推移工作面采煤設(shè)備。因此其使用的安全性和可靠性直接決定著綜合機(jī)械化采煤技術(shù)的成敗。減少支架自身重量對于設(shè)備性能的提高有重要作用。因此，低合金高強(qiáng)度鋼的應(yīng)用量也逐漸增加。而低合金高強(qiáng)度鋼作為液壓支架用鋼在焊接過程中存在的主要問題是容易出現(xiàn)淬硬組織和冷裂紋，加之液壓支架的服役環(huán)境惡劣，使用過程中要承受動(dòng)、靜載荷，這為其廣泛的使用帶來了困難。為了減少成本，節(jié)省開支，改善工人的工作環(huán)境，本文對液壓支架結(jié)構(gòu)用Q550低合金高強(qiáng)度鋼常溫下的焊接工藝及其焊接接頭力學(xué)性能和組織進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。

實(shí)驗(yàn)材料選用厚度為20mm的Q550低合金高強(qiáng)度鋼。Q550鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理(930～960℃水淬+640～650℃×3.5h回火)后，室溫的屈服強(qiáng)度達(dá)550MPa以上，并保證-20℃的低溫沖擊吸收功大于40J。實(shí)驗(yàn)用Q550鋼的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù),%)為：0.05C，0.27Mn，1.81Si，0.01P，0.01S，0.12V，0.09Nb，0.13Ti，0.34Cr，0.04Ni，0.05Mo，0.01B；其力學(xué)性能：ReL=610MPa，Rm=703MPa，A=25.3%，AKV(-20℃)≥40J,AKV(-40℃)≥27J。試驗(yàn)遵循等強(qiáng)匹配原則選用直徑為1.6mm的低氫型渣系低合金高強(qiáng)鋼藥芯焊絲PK-YJ707A，其化學(xué)成分及力學(xué)性能見表1。

表1?PK-YJ707A?的化學(xué)成分及力學(xué)性能

采用SAFMIG480Tri焊機(jī)，保護(hù)氣體是純度為99.3%的CO2，氣體流量為24L/min，焊接平均速度為150mm/min，其它焊接參數(shù)如表2所示。焊縫采用對稱的X型坡口，焊前清除坡口兩側(cè)50mm范圍內(nèi)的銹蝕、水分、油污等雜質(zhì)。為防止冷裂紋的產(chǎn)生，減小焊道過熱，降低焊縫熱輸入，試驗(yàn)采用多層多道焊工藝，并嚴(yán)格控制層間溫度為100～150℃。采用上下對稱焊接，以防止焊接變形。焊后進(jìn)行熱處理，以消除內(nèi)應(yīng)力，提高結(jié)構(gòu)件質(zhì)量的穩(wěn)定性，改善接頭的組織及力學(xué)性能。考慮到安全可靠和易于操作這兩個(gè)因素，將其熱處理規(guī)范規(guī)定為500±20℃。焊后按標(biāo)準(zhǔn)分別對焊接接頭進(jìn)行拉伸、彎曲和沖擊試驗(yàn)。

表2?焊接參數(shù)

采用低氫型渣系低合金高強(qiáng)鋼藥芯焊絲PK-YJ707A實(shí)現(xiàn)了焊接Q550鋼常溫下的焊接。其焊接接頭的屈服強(qiáng)度達(dá)到與母材等強(qiáng)度，抗彎能力和沖擊性能均能滿足液壓支架性能要求。形成的焊縫和熱影響區(qū)在-20℃時(shí)的沖擊吸收功平均值均大于40J，在-40℃其沖擊吸收功的平均值均大于27J。熱影響區(qū)主要呈現(xiàn)的是韌窩延性斷裂特征，表現(xiàn)為具有良好的沖擊吸收功。焊縫區(qū)沖擊斷口呈準(zhǔn)解理+韌窩混合斷裂特征，其沖擊吸收功較熱影響區(qū)偏低，但還是能夠保證力學(xué)性能要求。

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