一,选题背景和意义近年来,国内外为适应建筑,露天矿山向大型化发展的需要,装载机械设备也随之向大型化发展.轮式装载机起源于美国,现已有60多年的历史,半个多世纪以来,技术不断进步,采用了新结构,新材料,发展了一批新产品.它从露天矿山的辅助设备发展成为高效能的主要装运设备,其优点:(1)自重轻,是同斗容电铲的19%-25%.(2)设备购置费用低,在相同生产能力的条件下为电铲的25%-41%[1].(3)机动灵活,可在装卸地点间快速行驶和更换工作场地.(4)铰接转向,转弯半径小,在较狭窄工作面上作业方便.轮式装载机可向后倒车,绕到汽车后面或侧面进行装载.(5)功能多样性,完成装载作业后可迅速转到辅助作业,如清理现场,平整台阶,清扫路面等.轮式装载机的坚固性,机动性和装载坚硬矿岩的适应性已得到人们的共识.轮式装载机支架材料为Q345,Q345钢属16Mn系列钢种,一般在热轧状态下供货,它具有良好的综合力学性能,低温冲击韧性,冷冲压性及切削性,在机械行业中应用极广,可以制造大型船舶,铁路车辆,桥梁,管道,锅炉,压力容器,石油储存罐,起重机械,厂房钢架等承受负荷的焊接结构.16Mn系列钢板有Q345,16MnL,16MnR,16Mnq,16Mng等.Q345(16Mn)钢是我国产量最大,应用最广的低合金高强度结构钢,其屈服强度≥345MPa,由于该钢是在低碳钢的基础上增加锰而形成的,合金元素含量较少,碳当量不高(一般CE小于0.40%),因此,焊接性良好.特别是我国在20世纪80年代中期对Q345钢的制造工艺改进以后,其力学性能和焊接性能又进一步提高.由于装载机的工作环境复杂,受力不均匀,结构设计不合理以及焊接过程中焊接工艺参数选择不当等导致支架断裂失效.美国1982年统计表明,每年由于磨损,腐蚀,断裂失效造成的直接损失3600亿美元;我国机械行业因腐蚀失效造成的直接经济损失约300[2]亿人民币.可见失效分析有其重大的意义,失效分析在近代材料学与工程的发展史上占有极为重要的地位,可以毫不夸张的说,材料科学的发展史实际上是有部失效分析史.失效行为的分析研究就是要系统的研究材料的成分,工艺,组织,结构等对失效行为的影响.二,课题关键问题及难点关键问题:1,通过失效件的金相组织,成分,焊接结构设计,硬度准确的分析出装载机支架的失效原因.本课题的难点:1,找到焊接工艺参数与组织的关系,确定对裂纹敏感性低的组织.2,设计合理的焊接结构.三,调研报告(或文献综述)Q345的化学成分见表1,其力学性能见表2.表1Q345(16Mn)的材料化学成分化学成分钢号CSiMnSPCrMoQ345≤0.2≤0.551.00～1.60≤0.045≤0.045__V0.02～0.15Ni_备注力学性能钢号Q345Aδb/MPa470～630δs/MPa345δ(%)21AKV/J_备注GB/T1S91—94表2Q345(16Mn)的材料力学性能[2](一)Q345焊接性分析1,热裂纹产生的原因及防止的措施焊接热裂纹热轧钢一般含炭量较低,而Mn含量较高,具有良好的抗热烈性能,焊接过程中的热裂倾向较小,正常情况下焊缝中不会出现热裂纹,这主要与热轧钢中C,S,P等元素含量偏高或严重偏析有关.例如,某一批Q345钢板,由于碳元素严重偏析,钢板种不同部位碳的质量分数相差很大,从0.16%一直到0.24%,因此在角焊缝施焊时出现了大量的热裂纹.在这种情况下,要从工艺上设法减小母材在焊缝中的熔合比,增大焊缝成形系数(即焊缝宽度与厚度之比),有利于防止焊缝金属的热裂纹.也可以通过焊接材料来调整焊缝金属的成分,降低焊缝中的碳含量含提高焊缝中的Mn含量.焊缝中的碳含量越高,为了防止硫的有害作用所需的Mn含量也要求越高;随着碳含量的的增加,要求Mn含量与S含量的质量分数之比也提高.当碳含量为0.12%时,Mn含量与S含量的质量分数之比不应低于10;而碳含量为0.16%时,Mn含量与S含量的质量分数之比就应大于40才能不出现热裂纹.Si的有害作用也与促使S的偏析有关,因此Si含量高时,热裂纹倾向也增加.2,冷裂产生的原因及防止的措施热轧钢含有较少的合金元素,碳当量比较低,一般情况下(除环境温度很低或钢板厚度很大时)冷裂倾向不大.大量的生产实践和理论研究表明,钢种的淬硬倾向,定的含氢量和足够的拘束应力是焊接时产生冷裂纹的三大主要因素.一下面也从这三方面分析Q345(16Mn)的冷裂纹倾向.(1)淬硬倾向与低碳钢相比,16Mn在连续玲却时,珠光体转变右移较多,使过冷过程中铁素体析出后剩下的富碳奥氏体来比不及转变为珠光体,而是转变为含碳较高的贝氏体和马氏体,具有淬硬倾向.16Mn焊条电弧焊冷速快时,热影响区会出现少量铁素体,贝氏体和大量马氏体.而低碳钢焊条电弧