工程機(jī)械用焊接結(jié)構(gòu)鋼板種類(lèi)與研發(fā)方向

1、工程機(jī)械用焊接結(jié)構(gòu)鋼板種類(lèi)與研發(fā)方向工程機(jī)械是指土方工程和建筑工程施工用機(jī)械，種類(lèi)非常多。在日本，河川和道路工程以及城市設(shè)施工程用的油壓挖掘機(jī)和小型挖掘機(jī)數(shù)量最多，其次是建筑工程施工用的起重機(jī)。從世界范圍來(lái)看，由于對(duì)資源需求的增長(zhǎng)，礦山機(jī)械的需求量不斷增加。礦山機(jī)械比工程機(jī)械大得多，例如常見(jiàn)的中型挖掘機(jī)的重量為20t左右，而礦山用的油壓挖掘機(jī)重量達(dá)到300-800t，使用的鋼板也是厚鋼板。工程機(jī)械是以土砂巖石為工作對(duì)象的，因此，挖掘機(jī)的鏟斗、推土機(jī)的刮板、翻斗載重汽車(chē)車(chē)廂等部位要求使用耐磨鋼板。1、工程機(jī)械的焊接結(jié)構(gòu)部件工程機(jī)械的焊接部件大小不同、形狀各異。以中型油壓挖掘機(jī)為例，可分為下部行走

2、體、上部回轉(zhuǎn)體和工作機(jī)構(gòu)（動(dòng)臂、斗桿、鏟斗）。這些部分的整理材料主要是鑄鋼和鋼板。大部分鋼板是廉價(jià)的抗拉強(qiáng)度40kgf級(jí)的低碳鋼，厚度6-50mm。焊接方法是高效率自動(dòng)焊接的活性氣體保護(hù)電弧焊。焊接的熔敷效率高達(dá)80%-90%，并且焊接電流可達(dá)到500A以上，以提高焊接效率。超大型油壓挖掘機(jī)的焊接部件使用的是抗拉強(qiáng)度50-80kgf級(jí)的高強(qiáng)度鋼，厚度達(dá)40-250mm。鏟斗與土石摩擦部分使用了大量的耐磨鋼板。超大型油壓挖掘機(jī)焊接部件的成本約占全部成本的30%，其中大部分為鋼板材料費(fèi)，因此降低鋼板成本是一項(xiàng)緊迫的問(wèn)題。2、工程機(jī)械用鋼板表1是日本小松工程機(jī)械采用的焊接結(jié)構(gòu)鋼板種類(lèi)，鋼板抗拉強(qiáng)度的

3、范圍包括了從40kg/mm2級(jí)的低碳鋼到80kg/mm2、110kg/mm2級(jí)的高強(qiáng)度鋼板。除了表1中的拉伸試驗(yàn)和沖擊試驗(yàn)，還對(duì)鋼板的彎曲性能和焊接裂紋敏感性參數(shù)（化學(xué)成分）進(jìn)行了規(guī)定。110kg/mm2級(jí)的高強(qiáng)度鋼板用于推土機(jī)刮板，所以鋼板應(yīng)具有對(duì)土砂的耐磨性。表2是耐磨鋼板的種類(lèi)，耐磨鋼板的硬度有HB360-440的SAR400和HB450-520的SAR500兩個(gè)級(jí)別。這些耐磨鋼板對(duì)焊接裂紋敏感性參數(shù)也有要求。圖1是工程機(jī)械中使用鋼板的比例。圖中也有SPHC等薄鋼板，這些薄鋼板主要用于機(jī)械的外包裝和油箱，板厚6mm。從圖中可知，工程機(jī)械使用的鋼板中，抗拉強(qiáng)度為40-110kg/mm2焊接

4、結(jié)構(gòu)鋼板的比例為87.5%，耐磨鋼板的比例為2.4%，薄鋼板比例為10.1%。在焊接結(jié)構(gòu)用鋼板中以低碳鋼為主占薄鋼板的比例達(dá)67.2%。對(duì)于大量使用低碳鋼的原因，一方面是低碳鋼價(jià)格低廉，另一方面是使用高強(qiáng)度鋼板時(shí)，焊接接頭的疲勞強(qiáng)度沒(méi)有多大變化，不能降低鋼板厚度，高強(qiáng)鋼的優(yōu)點(diǎn)不能充分發(fā)揮出來(lái)。但根據(jù)降低燃料消耗和提高工作效率的要求，懸臂式工程機(jī)械對(duì)輕量化的要求不斷增強(qiáng)，因此，大型液壓電鏟也采用了高強(qiáng)度鋼以減小板厚，實(shí)現(xiàn)輕量化。翻斗汽車(chē)的車(chē)箱支撐著荷重，因此也迫切需要輕量化。由于車(chē)箱多采用耐磨鋼板，因此，可以通過(guò)采用耐磨性更好的鋼板來(lái)實(shí)現(xiàn)厚度減薄和輕量化。表1：日本小松工程機(jī)械采用的焊接結(jié)構(gòu)鋼板

5、種類(lèi)牌號(hào)拉伸試驗(yàn)沖擊試驗(yàn)屈服強(qiáng)度，N/mm2抗拉強(qiáng)度，N/mm2試驗(yàn)溫度，夏比吸收能，JSM400235400-590027SHT490295490-610-527SHT560410560-740-531SHT780685780-930-20SHT10809801080-12700表2：日本小松工程機(jī)械采用的耐磨鋼板種類(lèi)牌號(hào)硬度試驗(yàn)沖擊試驗(yàn)布氏硬度，HB試驗(yàn)溫度，夏比吸收能，JSAR400360-440020SAR500450-520032圖1：工程機(jī)械使用鋼板的比例3、工程機(jī)械用鋼的研發(fā)方向工程機(jī)械用鋼的研發(fā)方向主要體現(xiàn)在提高焊接接頭的疲勞強(qiáng)度、不預(yù)熱焊接、提高鋼板光潔度三個(gè)方面。1）提高焊

6、接接頭的疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)是基于疲勞強(qiáng)度的設(shè)計(jì)，因此工程機(jī)械焊接部件的制約性部位是焊接接頭。在試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行試驗(yàn)產(chǎn)生大應(yīng)力的情況下，對(duì)焊接接頭可進(jìn)行砂輪機(jī)精整或在焊接區(qū)配置加強(qiáng)板。最近對(duì)采用焊趾進(jìn)行噴丸來(lái)提高疲勞強(qiáng)度的方法進(jìn)行了研究。圖2是焊接狀態(tài)（未進(jìn)行噴丸處理）角焊接頭和焊趾噴丸處理后的角焊接頭疲勞強(qiáng)度的對(duì)比。噴丸處理后的角焊接頭疲勞壽命是焊接狀態(tài)角焊接頭疲勞壽命的3倍左右。此外，還對(duì)使用低相變溫度焊接材料，對(duì)焊接區(qū)附加殘余壓縮應(yīng)力提高疲勞強(qiáng)度的方法進(jìn)行了研究。這些方法都是通過(guò)焊接材料或焊后處理提高疲勞強(qiáng)度的方法。另一方面，對(duì)提高鋼板本身的焊接接頭疲勞強(qiáng)度的高疲勞強(qiáng)度鋼板的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用也在加快進(jìn)行。這

7、些提高焊接接頭疲勞強(qiáng)度的方法的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用都是工程機(jī)械焊接結(jié)構(gòu)部件的重要研發(fā)課題。圖2：焊趾噴丸處理后的疲勞強(qiáng)度2）不預(yù)熱焊接如前所述，工程機(jī)械焊接結(jié)構(gòu)部件主要使用的鋼板是低碳鋼鋼板。對(duì)于低碳鋼鋼板不論厚度多大，都可進(jìn)行不預(yù)熱焊接。但對(duì)于礦山大型工程機(jī)械采用的高強(qiáng)鋼板，和厚度大于100mm的50kg/mm2鋼板和厚度大于40mm的80kg/mm2鋼板，焊前要進(jìn)行100預(yù)熱焊接。對(duì)于耐磨鋼板，SAR400級(jí)可不預(yù)熱焊接，但SAR500級(jí)要進(jìn)行100預(yù)熱焊接，礦山大型工程機(jī)械使用的大厚度耐磨鋼板則要進(jìn)行150預(yù)熱焊接。這些預(yù)熱焊接雖然是工程機(jī)械制造中的一部分，但影響了焊接效率的提高，特別是使焊接自動(dòng)化（機(jī)械手）難以實(shí)現(xiàn)。因此需要開(kāi)發(fā)焊前不預(yù)熱鋼板和焊接材料。3）高光潔度鋼板工程機(jī)械用戶對(duì)工程機(jī)械的外觀質(zhì)量也有很高的要求。近10多年來(lái)在這方面已經(jīng)有了很大提高。焊接后對(duì)焊接結(jié)構(gòu)部件進(jìn)行全面處理，然后再進(jìn)行涂裝。表面粗糙度不好的鋼板，經(jīng)噴砂處理表面形