OPTIM 960QC 低合金高强钢的折弯及焊接工艺性研究

1 引言

我厂近年来开发的某型车载吊机，因其占用空间小，工作行程长，重量轻，起吊吨位大，其中吊机臂体是最大的受力件，综合分析选取了 Optim 960QC 低合金高强度钢作为臂体主材料。其中的数字是指以MPa 为单位的最小屈服强度，抗拉强度约 1000MPa ，屈服强度 960MPa ，微观组织是由贝氏体和马氏体组成的双相细晶粒钢，平均晶粒度 1μm ，在具备高硬度和拉伸强度的同时，兼具良好的耐磨性和加工性。

2 折弯工艺相关参数

2．1 板料折弯半径

折弯半径即工件折弯后内圆弧半径，是折弯工艺中需要考虑的问题。根据一般经验，当折弯上模半径大于板厚时，一般钢材都能获得较好的弯曲成形效果。但从弯曲实验结果中发现，对于高强度钢板，即使凸模圆角大于板厚，在圆角半径较小的情况下，板材仍然容易出现裂纹，且半径越小，裂纹越深。实践表明，屈服强度越高，板材的回弹越大，屈强比也越高，板材由屈服到破裂的塑性变形阶段越短。Optim 960QC 的屈强比 σs ／ σ b达到 0.96，成形过程中回弹较大 , 与普通钢材相比其成形性能较差，弯曲成形时更易出现裂纹。因此，Optim 960QC 钢板折弯时，为预防折弯裂纹通常按 Rgtrsim2.53t 选择板料折弯半径，且在弯曲过程中采用比所需弯曲力大 10%-20% 折弯力进行强力弯曲预防回弹和保证折弯角度。

同时，实践也表明，Optim 960QC 对钢材表面缺陷的敏感性更高，例如表面划伤，浅表层缺陷等。我厂曾经在实际生产过程中对弯曲工件的外表面用划针刻画线，导致沿着划线部位折弯出现裂纹的几率近 100% 。因此，在 Optim960QC 钢材折弯前，不能有损伤板材表面的缺陷存在。

2．2 折弯上模

折弯模具分为折弯上模和折弯下模两种，上模尖角 R 圆弧半径不能小，否则出现的压痕比较严重，Optim 960QC 板材则会出现折弯裂纹，这在上文已有分析。上模的圆弧半径随着板材硬度和强度的增加而增加，同时还影响着折弯后内圆弧半径，结合 Optim 960QC 高强度板材回弹特性，经工艺实践，折弯时上模圆角可2.5-3 倍板厚值选取。

2．3 折弯下模

折弯下模有不同宽度和不同角度的 V 形槽，下模 V 形槽的开孔尺寸是重要的折弯参数，它与折弯板厚和折弯力有关，在相同的板厚情况下，开口尺寸越大，所需折弯力越小，但相应的回弹量也会增大，折弯时 V 形槽的宽度一般以板料厚的 8-14 倍为最佳。随着板材的抗拉强度和硬度的增加，开口的尺寸要相应的增大，折弯力也随之变大；板厚越厚，所需开口尺寸越大，折弯力也会变大。由于折弯存在回弹现象，通常板料进行 90^∘ °折弯时，V 形槽口应小于 90^∘ ，在实际生产中标准模具都是设计成 88^∘ 进行直角折弯。

3 Optim 960QC 高强钢的焊接

由于钢材的化学成分对焊接接头热影响区的淬硬及冷裂倾向有直接影响，因此可根据钢材的化学成分来分析其冷裂敏感性。在钢中含有的化学元素中，碳含量对钢冷裂纹敏感性最为显著，碳当量法，即常将钢材中各种合金元素都按照相当于含碳量进行折合并叠加起来求得所谓的碳当量，用 CEV 值来评估其冷裂倾向的大小，Optim 960QC 高强钢的化学成分如表1 所示：

注：铝（Al）、铌（Nb）、钒（V）铬（ cr ）钼（Mo）或硼（B）既可单独使用，也可组合使用

经计算 Optim 960QC 钢材 CEV 值 <0.6 ，焊接性尚可，由于Optim QC 属于细晶粒低合金高强钢，这类钢材的焊接通常不要求与母材同样的强度，而是根据等韧性的原则来选取焊材，所选择焊材的强度等级可略低于母材的强度，即按照低强度匹配的原则。这是因为低合金高强度钢，适当降低焊缝强度可以降低接头拘束力从而降低熔合区的负担，有利于降低接头根部裂纹产生的倾向，Optim 960QC 高强钢焊材的选择应在首先满足焊缝强度的前提下，适当降低焊材的强度，同时考虑经济效益，以及现有的设备、施工条件等。经试验，选用Union X90 或 T Union GM120 或其他等强度的匹配的焊材，采用 80%Ar⁺20%C0₂ 混合气体，能获得较好的焊缝质量，其焊接规范参数及力学性能检测结果见表2 及表 3。