E級(jí)鋼車鉤及尾框焊修工藝的研究

摘 要：研究了目前HXD3系列機(jī)車13號(hào)車鉤及尾框材質(zhì)狀況，并確定了焊修時(shí)應(yīng)選擇的焊材型號(hào)。提出了焊接參數(shù)并進(jìn)行了評(píng)定，評(píng)定結(jié)果顯示合格。實(shí)際使用取得了良好的效果，并列出此種材料焊修時(shí)應(yīng)注意的問題。

關(guān)鍵詞：車鉤；尾框；焊修；裂紋

1 問題的提出

鉤緩裝置是機(jī)車連接車輛的重要部件，和諧型機(jī)車的是采用13號(hào)E級(jí)鋼（低合金高強(qiáng)度鋼）鑄造而成的鉤體和尾框。車鉤緩沖裝置是用于使車輛與車輛，機(jī)車或動(dòng)車相互連掛，傳遞牽引力，制動(dòng)力并緩和縱向沖擊力的車輛部件。它承載機(jī)車運(yùn)行中的牽引力傳遞，運(yùn)行中受力復(fù)雜，因此在各種交變應(yīng)力作用下會(huì)逐漸產(chǎn)生疲勞裂紋。當(dāng)裂紋較深時(shí)，需要打磨消除掉裂紋后再對(duì)該裂紋部位進(jìn)行補(bǔ)焊。

2 車鉤材質(zhì)狀況

經(jīng)查閱相關(guān)技術(shù)資料及標(biāo)準(zhǔn)文獻(xiàn)，E級(jí)鋼材質(zhì)為ZG25MnCrNiMo，熱處理狀態(tài)為淬火加高溫回火，淬火溫度為910℃，回火溫度約為600～650℃。所得材料性能相當(dāng)于美國AAR M201-2005《鑄鋼件》標(biāo)準(zhǔn)中的E級(jí)鑄鋼，屬于低合金鑄鋼。材料的抗拉強(qiáng)度為830MPa，屈服強(qiáng)度為690MPa，斷面伸長率≥14%，斷面收縮率≥30%，沖擊吸收功-40AKV情況下≥27J。所含主要成分為：C（0.22-0.28）%、Si（0.20-0.40）%、Mn（1.2-1.5）%、P（≤0.03）%、S（≤0.03）%、Cr（0.4-0.6）%、Ni（0.35-0.55）%、Mo（0.2-0.3）%。

調(diào)質(zhì)處理狀態(tài)下的E級(jí)鋼車鉤應(yīng)為回火索氏體+少量貝氏體。

3 焊接參數(shù)的選擇

為保證最佳的焊接質(zhì)量，選用焊材時(shí)應(yīng)盡量保證與母材化學(xué)成分相近、強(qiáng)度級(jí)別相當(dāng)。依據(jù)TB/T 2942-1999《鐵道用鑄鋼件采購與驗(yàn)收技術(shù)條件》，當(dāng)焊補(bǔ)E級(jí)鋼鑄件時(shí)，如采用手工電弧焊，則應(yīng)選用J857（E8515）低氫鈉型合金焊條焊接；同時(shí)也可根據(jù)JB/T5000.7-2007《重型機(jī)械通用技術(shù)條件 第7部分：鑄鋼件焊補(bǔ)》中的相關(guān)規(guī)定采用氣體保護(hù)焊。

根據(jù)母材碳當(dāng)量選擇了相應(yīng)的預(yù)熱溫度及保溫措施。

碳當(dāng)量計(jì)算公式為：C當(dāng)量=[C+Mn/6+（Cr+Mo+V）/5+（Ni+Cu）/15]*100%

計(jì)算結(jié)果顯示E級(jí)鋼焊補(bǔ)必須采取預(yù)熱、緩冷，對(duì)應(yīng)所得碳當(dāng)量選擇溫度如下：預(yù)熱溫度為200℃-250℃（1.5h后焊修），焊后保溫溫度為200℃-250℃（2h隨爐冷卻），焊后熱處理600℃-650℃（2h空氣冷卻）。

根據(jù)以上焊接參數(shù)焊接完成后，經(jīng)磁粉探傷檢驗(yàn)、射線探傷檢驗(yàn)合格后，采用線切割根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行取樣并交由計(jì)量理化檢驗(yàn)。

4 結(jié)束語

根據(jù)NB/T47014的要求制定了焊接工藝評(píng)定作業(yè)指導(dǎo)書對(duì)E級(jí)鋼的焊接工藝參數(shù)進(jìn)行工藝評(píng)定試驗(yàn)，焊接完成后，經(jīng)磁粉探傷檢驗(yàn)、射線探傷檢驗(yàn)合格后，采用線切割根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行取樣并交由計(jì)量理化檢驗(yàn)拉伸、硬度、宏觀金相、微觀金相、沖擊，結(jié)果均為合格。

E級(jí)鋼屬于中碳調(diào)質(zhì)鋼，由于它的機(jī)械性能所限，此次工藝參數(shù)的研究針對(duì)焊修后易產(chǎn)生的冷裂紋，采取相應(yīng)的預(yù)防措施，根據(jù)車鉤及鉤尾框材質(zhì)、外形主要在以下四個(gè)方面進(jìn)行控制：

一是調(diào)質(zhì)處理過的E級(jí)鋼材料具有一定的淬硬性，所以焊接前必須進(jìn)行預(yù)熱。

二是對(duì)結(jié)晶裂紋比較敏感，焊接時(shí)容易在弧坑及焊縫中凹陷的部位開裂，為防止此類裂紋，選擇焊條時(shí)應(yīng)選用含碳量比母材低，P、S雜質(zhì)少的填充金屬。選擇焊接參數(shù)時(shí)，注意降低熔合比；操作時(shí)應(yīng)特別注意填滿弧坑及保證良好的焊縫成型。

三是由于它的成分和淬透性決定了它在快速冷卻時(shí)很容易得到對(duì)冷裂紋很敏感的淬硬組織，為了防止此類裂紋，必須提高預(yù)熱溫度，并在焊后及時(shí)進(jìn)行消除應(yīng)力處理。

四是熱影響區(qū)性能的變化，在冷卻速度較大的情況下，容易產(chǎn)生比較硬及脆的高碳馬氏體組織，從而造成脆化現(xiàn)象，因此為了防止脆化應(yīng)采用預(yù)熱、緩冷和適當(dāng)加大線能量相配合的措施。

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[5]JB/T5000.7-2007.重型機(jī)械通用技術(shù)條件 第7部分：鑄鋼件補(bǔ)焊[S].

作者簡介：李欽奇（1988，07-），性別：男，民族：漢，籍貫：天津，當(dāng)前職務(wù)：天津電力機(jī)車有限公司技術(shù)中心多元化主管設(shè)計(jì)師，當(dāng)前職稱：助理工程師，學(xué)歷：本科，單位：天津電力機(jī)車有限公司，研究方向：機(jī)車車輛、城軌地鐵。