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预热温度对NM450冷裂敏感性影响的研究

2024-09-02 24 上传者：管理员

摘要：主要研究煤机行业刮板输送机常用的高强耐磨板NM450的焊接冷裂敏感性，按照斜Y形坡口焊接裂纹试验方法进行试验。研究了板厚一定时预热温度变化对NM450焊接敏感性的影响，以及随着板厚增加NM450的焊接冷裂敏感性与预热温度的关系。通过试验得出：在环境温度约13℃、空气湿度53%时，30 mm的NM450在预热到100℃时，焊后裂纹率为0,55 mm的NM450预热温度达到125℃可使焊后裂纹率为0。

关键词：
NM360
NM450
冷裂敏感性
煤矿开采
预热温度
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煤矿开采运输设备刮板输送机长期在井下使用，复杂的地质环境及腐蚀磨损、矸石冲击对其使用寿命有着极大的影响，与煤炭直接接触的中部槽中底板受到直接影响。中底板通常选用耐磨板，常用的耐磨板有NM360、NM400、NM450及NM500，其中NM450因综合性价比较高，所以目前使用最广。NM450是一种强度高、耐磨性好的钢板，其强度和耐磨性都要优于NM400、NM360，目前在国内外中高端中部槽上作为中底板使用最为广泛。然而与普通合金钢相比，耐磨钢由于本身碳当量较高，对其焊接性有着明显的影响，焊接性相对较差，在实际焊接生产中经常会遇到出现裂纹的难题。本文采用斜Y形坡口裂纹敏感试验方法，研究不同预热温度下大型中部槽中底板NM450的焊接冷裂纹敏感性。

1、NM450焊接试验方法

试验选用进口NM450钢板，根据中底板的厚度，设置2种不同板厚的斜Y形坡口试验，其中试件1选用板厚55 mm的NM450,试件2选用板厚30 mm的NM450。为同时研究焊丝的选型不同对试验结果的影响，本文对55 mm焊接接头选用焊丝GHS70-G、30 mm焊接接头选用焊丝ER50-6。

试验根据GB 4675.1—1984《焊接性试验斜Y形坡口焊接裂纹试验方法》,试件1尺寸为200 mm×75 mm×55 mm，试件2尺寸为200 mm×75 mm×30 mm，具体的要求如图1所示。剖视图A-A和B-B分别为板厚55 mm的Y形接头的拘束焊缝及试验焊缝的焊缝示意图，剖视图C-C和D-D分别为板厚30 mm的Y形接头的拘束焊缝及试验焊缝的焊缝示意图。Y形接头中间80 mm为试验焊缝，为一道打底焊缝，接头形式为斜Y形；试验焊缝两端头预留约2 mm不焊；Y形接头两侧各60 mm为拘束焊缝，为双V形坡口，双面焊填满坡口。坡口形式如图1所示剖面图B-B和D-D。试板使用前整体喷砂，坡口采用机械加工制成，严格按照图纸执行并检验，拼焊前采用辅助工装保证2 mm焊接间隙，并进行固定，整个焊接过程严格按照焊接工艺执行。

图1试件的尺寸及坡口要求

2、试验设计

试验选用KEMPPI焊机，由技术高超的焊工进行焊接，焊前按照焊接工艺参数进行练习，保证焊接过程操控的稳定性。焊接工程师现场进行指导并跟踪记录，处理突发异常情况。试件1使用焊丝直径φ1.2 mm的GHS70-G，试件2使用直径φ1.2 mm的焊丝ER50-6,焊前室温实测13℃，空气湿度53%。试件1设置5组焊接试块，焊前的预热温度分别为100℃、120℃、150℃、175℃、200℃。试件2设置5组焊接试块，焊前的预热温度分别为室温、60℃、80℃、100℃、120℃、150℃。每组的焊接电流为240～260 A，电压为25～28 V，焊接速度48～54 cm/min。焊前使用夹片及间隙尺保证拼装间隙约2.0 mm后再进行定位固定。焊前检查坡口表面是否破损及平整，同时确保表面无油污及锈迹。焊接时先焊接两端的拘束焊缝，拘束焊缝焊接时正反面进行交替焊接，预防焊接试板变形，焊前进行预热。预热时使用红外线测温仪在距离焊接坡口75 mm处进行温度测量，当温度达到试验设计的预热温度时，立刻开始焊接。每个试块的拘束焊缝焊完后立即进行保温缓冷，待所有准备的试块全部焊接完成后，再统一将所有焊接试块放置在一起，由焊工焊接各个试板的试验焊缝；焊接严格按照每组的工艺要求进行预热测温，达到条件后立即按设置的工艺参数进行焊接；焊接完成后将试块室温放置48 h自然冷却。焊接完成后在试块上做预热温度标记，以便后续切片时进行区分及便于试验数据统计。

3、裂纹检测

试件焊接冷却48 h后，清除试件表面的焊渣及污物，采用渗透探伤方法做无损检测，检测表面裂纹并进行记录。为保证断面试样的组织不受其他干扰因素影响，采用机械切割方法取样，将试验的所有试件从试验焊缝处进行五等分线切割，每个试件得到5个断面试样。待所有断面试样全部加工完成后，统一转移至实验室，清除毛刺及表面油污，借助宏观金相及渗透检测试验，显像出断面裂纹的轨迹，并测量长度、计算裂纹率。然后将所有试样进行弯曲断裂，检测断口组织形貌及根部裂纹，测量裂纹长度，计算根部裂纹率。检测结果如表1所示。

表1裂纹率的检测结果

4、结果分析

在一定的温度和板厚相同情况下，随着焊接预热温度提高，耐磨板的焊接冷裂敏感性呈下降趋势，从裂纹开裂的特征分布可以发现，表面裂纹的形成几率远远低于根部裂纹，裂纹起裂源在焊缝根部，从根部向焊缝区延伸，这与焊缝根部应力集中分布有关。从断面裂纹的特征可以看出，裂纹沿着双面坡口的一侧熔合区开裂，裂纹出现在热影响区，说明热影响区的组织和力学性能较差，其抗拉强度要低于焊缝及母材。

随着板厚从30 mm增加至55 mm，为增加焊缝金属的抗拉强度，焊丝从ER50-6升级到了GHS70-G，焊丝最低抗拉强度也从420 MPa升级到了690 MPa。随着板厚增加，焊接的冷却速率也相应增大，导致焊缝的淬硬倾向增大，冷裂敏感性增大。试验结果也证明，当板厚从30 mm变成55 mm、预热温度为80℃时，出现表面裂纹的概率极低，但出现根部裂纹及断面裂纹的概率却很大。当预热温度继续提升至100℃时，根部裂纹率及断面裂纹率已经明显下降，但仍无法彻底消除焊接裂纹。而继续提升预热温度至125℃时，则根部裂纹及断面裂纹完全消失，说明在当前的环境温度及湿度情况下，此时的预热温度可以保证55 mm厚NM450焊后不出现开裂。

5、结语

(1）在板厚及外界环境条件不变的条件下，提高耐磨板的焊接预热温度，可以降低耐磨板焊接冷裂的敏感性。在环境温度13℃、空气湿度53%时，30 mm厚的NM450预热温度不小于100℃，采用ER50-6焊丝进行焊接，焊后不出现裂纹；而采用GHS-70G焊丝进行焊接，随着板厚增加至55 mm,NM450预热温度不小于125℃，可以保证焊后不出现裂纹。

(2）通过斜Y形坡口试验，可以发现焊接裂纹都起裂于根部，沿根部向双面坡口试块一侧的熔合区延伸形成断面裂纹，同时断面裂纹率随预热温度上升而下降，上升至一定温度时裂纹完全消失，说明焊前预热至一定温度可以预防NM450焊接过程产生焊接裂纹。

(3）通过斜Y形坡口试验，可以得出当预热温度过低时会产生焊后冷裂纹，而且表面产生裂纹的概率远低于根部。

参考文献:

[1]程显平,陈哲,韩永典.预热温度对Q420钢板焊接冷裂纹敏感性的影响[J].焊接技术,2020,49(3):19-21.

[2]王凤会,牟淑坤,陈延清,等.正火态DH136海工钢焊接冷裂纹敏感性研究[J].焊接技术,2020,49(1):8-11.

[3]王立鹏,周广涛.新型耐磨钢NM400斜Y形坡口焊接抗裂性分析[J].焊接学报,2014,35(5):47-50+115.

[4]计遥遥,国礼杰,包忠峰. 550MPa级热轧H型钢冷裂纹敏感性研究[J].金属加工(热加工),2020(12):30-33.

文章来源:张翅,李帅,代佳,等.预热温度对NM450冷裂敏感性影响的研究[J].煤矿机械,2024,45(09):60-62.