鐵路貨車鑄鋼件缺陷分析與焊修技術研究

鑄鋼件在鐵路貨車轉向架、鉤緩制動裝置及車體中常用于關鍵配件，如搖枕、側架、從板座、沖擊座、鉤體、鉤舌、鉤尾框及緩沖器等。由于上述配件在鐵路貨車的運行中主要承受交變動載荷或頻繁的沖擊摩擦，因此車輛運用一段時間后在段修或廠修時常常發(fā)現(xiàn)上述鑄鋼配件產(chǎn)生疲勞裂紋或接觸面磨損等問題，需要進行檢修。

傳統(tǒng)的鑄鋼件缺陷檢修是將缺陷清除后采用焊條電弧焊的方法，但近年來，為滿足鐵路貨車重載技術的需求，采用的鑄鋼件強度級別越來越高，為鑄鋼件焊修帶來了較大的難度，如2004年以前一般是ZG230－450或B級鋼，之后主要有鑄造C級、CC級鋼、E級鋼、鍛造E級鋼，缺陷焊修后經(jīng)常出現(xiàn)裂紋或車輛在使用過程中再次出現(xiàn)裂紋的情況。為此，我們針對鐵路貨車鑄鋼配件缺陷進行調查分析、對缺陷焊修技術開展工藝研究。

1. 鐵路貨車采用的主要鑄鋼件

（1）鑄鋼件種類 鐵路貨車產(chǎn)品允許對缺陷進行修復的主要鑄鋼件有搖枕、側架、鉤體、鉤舌、鉤尾框、搖動座及軸箱等配件，具體如表1所示。

（2）鑄鋼件的化學成分及力學性能 鐵路貨車采用的鑄鋼件化學成分如表2所示，力學性能如表3所示。

2. 檢修車鑄鋼件缺陷調查分析

對2010年上半年我公司檢修的13A車鉤鉤舌、鉤尾框和13B鉤舌缺陷情況進行了統(tǒng)計，統(tǒng)計結果表明，裝配面磨耗厚度減薄和配件彎角部位或受拉伸部位裂紋較多。

3. 鑄鋼件缺陷焊修技術

（1）焊接性分析 根據(jù)成分計算碳當量可間接預測其焊接性，碳當量如表4所示。

由表4可知，ZG230—450、鑄造B級鋼焊接性一般，焊接時可根據(jù)工件厚度、環(huán)境溫度情況采取相應的預熱措施；鑄造B+級鋼焊接性比B級鋼稍差，預熱需根據(jù)具體情況確定；鑄造C、CC、E級鋼均屬中碳調質鋼，其碳當量均在0.7%左右，焊接性較差，焊接時均須采取相應的工藝措施，如焊前預熱、焊后保溫緩冷或回火熱處理。

由于ZG230－450焊接性良好，所以我們僅對其余型號的鑄鋼件進行斜Y形坡口抗裂性試驗。分別在室溫環(huán)境下和焊前預熱下進行焊接試驗。

焊接參數(shù)如表5所示，試驗結果如表6所示。

表1 鐵路貨車主要鑄鋼件種類

表2 鐵路貨車采用的鑄鋼件化學成分

表3 鐵路貨車采用的鑄鋼件力學性能及硬度

表4 各類鑄鋼件碳當量 （%）

根據(jù)碳當量，斜Y形坡口抗裂性試驗，鑄造B、B+、C、CC、E級鋼，在焊前不預熱和預熱兩種情況下進行焊接試驗，結果如下。

首先，焊前不預熱時，B級鋼試驗焊縫表面、根部、斷面均未發(fā)現(xiàn)裂紋。其次，C、CC、E級鋼，焊前不預熱時焊縫表面經(jīng)目視并輔助磁粉探傷下發(fā)現(xiàn)通長裂紋；焊前預熱150℃時，C、CC級鋼經(jīng)表面及斷面解剖和根部檢查，未發(fā)現(xiàn)有裂紋，E級鋼在根部位置存在裂紋，經(jīng)檢測根部裂紋率為10%。

（2）模擬配件缺陷焊修工藝試驗 為便于試驗研究，我們分別鑄出B+、C、E級鋼鋼坯，利用其上的原始鑄造氣孔、夾砂等缺陷在不同工藝條件下模擬配件缺陷進行焊修或堆焊，在鋼坯上打磨溝槽模擬裂紋進行焊修，進行對比試驗，焊接時均開V形坡口焊接；為對比環(huán)境溫度、焊接層數(shù)對焊接接頭的影響，模擬進行了不同始焊溫度、不同焊接層數(shù)的堆焊試驗，具體焊接參數(shù)如表7所示。

表5 斜Y坡口試驗焊接參數(shù)

表6 斜Y坡口抗裂性試驗結果

表7 鑄鋼件模擬缺陷焊修或堆焊參數(shù)

首先，宏觀金相。對焊接接頭進行宏觀金相試樣制備，具體如圖1~圖3所示。

通過觀察圖1~圖3宏觀金相試樣，證明焊接接頭熔合良好。

其次，硬度測試。焊后對試件進行加工取樣，對焊接接頭進行HV10硬度測試。

（3）試驗結果分析 首先，B+級鋼在單層多道堆焊、或多層多道堆焊時，工件始焊溫度為－6℃、環(huán)境溫度為13℃時，硬度均未超過380HV，但是單層多道焊焊縫硬度高于母材本體，多層多道焊隨著焊接道數(shù)的增加，焊縫和熱影響區(qū)的硬度逐漸降低。

其次，C級鋼在單層多道堆焊或多層多道堆焊時，工件始焊溫度：圖2a，圖2c為－6℃，圖2b為8℃、環(huán)境溫度為13℃時，只有在單層多道堆焊時，硬度超過350HV，其余均未超過350HV，與B+級鋼具有相同的規(guī)律，即：多層多道焊時，硬度會逐漸降低，但隨著始焊溫度的提高，硬度降低。

最后，鑄造E級鋼在單層多道堆焊或多層多道堆焊時，工件始焊溫度為－6℃、環(huán)境溫度為13℃時，只有在單層多道堆焊時，硬度超過350HV，其余均未超過350HV，與B+級鋼具有相同的規(guī)律，即：多層多道焊時，硬度會逐漸降低。

4. 結語

（1）鑄鋼ZG230－450、B、B+級鋼焊接性良好，焊接時只要注意避免在5℃以下的溫度焊接；如果在5℃以下焊接，則需采取焊前預熱、焊后保溫緩冷措施，也可保證焊接接頭性能。

（2）鑄造C、CC、E級鋼經(jīng)斜Y形坡口試驗證明，焊接性較差，易出現(xiàn)冷裂紋，所以焊前預熱提高起始焊接溫度、焊后采取保溫緩冷措施非常重要。

（3）多層多道焊有利于后道對前道的回火作用，同時前道焊縫對后道具有預熱作用，因此對于配件磨耗時，采取多層多道堆焊焊縫性能較好；而對于裂紋的焊修如果坡口開制較小時，單焊道焊淬硬傾向較為顯著。

圖1 B+級鋼模擬缺陷焊修或堆焊時宏觀金相

圖2 C級鋼模擬缺陷焊修或堆焊時宏觀金相

圖3 E級鋼模擬缺陷焊修或堆焊時宏觀金相