FXD3-J型160公里動力集中動車組底架牽引銷焊接工藝分析

劉峰

摘要：本文主要分析了FXD3-J型電力機車底架高強度合金鋼牽引銷和普通碳鋼牽引銷座焊接的焊縫形式、此形式焊縫易出現(xiàn)的焊接缺陷及缺陷的形成原因，針對高強度合金鋼牽引銷與碳鋼牽引銷座的焊接問題，結(jié)合以往工作經(jīng)驗及統(tǒng)計數(shù)據(jù)制定出合理的焊接工藝規(guī)程，解決焊接中容易出現(xiàn)焊接裂紋、焊縫熔合不夠等缺陷問題。

關(guān)鍵詞： 高強度合金鋼;牽引銷;異種鋼;焊接

前言：

底架作為機車的重要部件，是機車走行部的主體。底架將車體和轉(zhuǎn)向架連接在一起，而這種連接正是靠牽引銷來完成的。牽引銷在機車運行過程中不僅承受上部所有設(shè)備的重量，還要傳遞牽引力和承受走行過程中的各種沖擊載荷。所以對其連接焊縫的強度和韌性要求很高。其質(zhì)量的好壞決定著整車性能的優(yōu)劣，直接關(guān)系到行車的安全。良好的組焊工藝將是產(chǎn)品質(zhì)量的有效保證。

1、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析

FXD3-J型電力機車底架牽引銷與牽引銷座連接焊縫的接頭形式為角接，坡口形式為半U型坡口，根部間隙為0-0.5mm。

根據(jù)以往工作經(jīng)驗及此類焊縫探傷情況統(tǒng)計可以發(fā)現(xiàn)高強度合金鋼與普通碳鋼焊接中容易出現(xiàn)焊接裂紋，焊縫熔合不夠等缺陷，這些缺陷對牽引銷與碳鋼牽引銷座的焊接質(zhì)量影響尤為突出。因此針需要對牽引銷材質(zhì)的化學(xué)成分和強度以及對焊縫的質(zhì)量要求，選擇與之相匹配的焊接材料，并根據(jù)產(chǎn)品的形狀和焊接位置，制定出合理的焊接工藝規(guī)程，將對以后的產(chǎn)品生產(chǎn)起到積極的作用。

2、牽引銷與碳鋼牽引銷座的焊接性分析

2.1牽引銷座-低碳鋼Q345E的材質(zhì)分析

FXD3-J型電力機車底架牽引銷座采用的是Q345E型低碳鋼。Q345E的綜合力學(xué)性能良好，低溫性能亦可，塑性和焊接性良好，可用于-40℃以下寒冷地區(qū)的各種結(jié)構(gòu)。

2.2牽引銷-高強度合金鋼GS-14NiCrMo10 6V的材質(zhì)分析

FXD3-J型電力機車底架牽引銷采用的是GS-14NiCrMo10 6V型高強度合金鋼。合金鋼是在碳元素鋼的基礎(chǔ)上加入適量的一種或幾種合金元素而形成的，它比碳素鋼的綜合性能好。當(dāng)零件的形狀復(fù)雜、截面尺寸較大、力學(xué)性能較高、淬透性較好時采用碳素鋼常常難于滿足要求，而合金鋼由于合金元素的作用，能夠明顯提高強度、韌性和耐磨性，并有良好的淬透性。

合金鋼GS-14NiCrMo10 6V中的鎳元素保證了鋼獲得穩(wěn)定的奧氏體組織，從而使鋼具有良好的塑性、韌性和強度，優(yōu)良的加工性、成形性、可焊性等性能，另一方面也改善了鋼在還原性介質(zhì)中耐腐蝕的性能，特別是能明顯提高耐氯化物應(yīng)力腐蝕破裂的能力;鉻元素促使了鋼在介質(zhì)中鈍化并維持鈍態(tài)穩(wěn)定，從而保證鋼優(yōu)良的不銹性和耐蝕性;鉬元素提高了鋼對還原性介質(zhì)的耐蝕性，并改善耐氯化物點腐蝕和縫隙腐蝕的性能。

2.3、牽引銷與低碳鋼牽引銷座的焊接中易出現(xiàn)的問題

2.3.1易出現(xiàn)冷裂紋

牽引銷與低碳鋼牽引銷座的化學(xué)成分對焊接熱影響區(qū)的淬硬及冷裂傾向有直接影響，因此可以用化學(xué)成分來分析冷裂敏感性。各種元素中碳是對冷裂敏感性影響最顯著的一個。因此可以用碳當(dāng)量來估計冷裂傾向的大小。在牽引銷與碳鋼牽引銷座焊接接頭的焊縫區(qū)域，通常都會產(chǎn)生導(dǎo)致淬硬傾向的組織，使焊接接頭的冷裂紋敏感性增大，所以焊前預(yù)熱和焊后熱處理必不可少。

2.3.2化學(xué)成分不均勻性問題

牽引銷與低碳鋼牽引銷座的焊接屬于異種金屬的焊接。異種金屬焊接的接頭中，不僅焊縫與母材往往成分不同，就連焊縫本身成分也是不均勻的，這種成分的不均勻，對異種金屬焊接接頭的整體性能有重要影響，在選擇填充材料、制定焊接工藝時應(yīng)充分估計到其影響的后果。

2.3.3氫在焊接接頭中的影響

氫在焊接接頭中是十分有害的。熔化焊時，焊條藥皮、焊劑中的吸附水和結(jié)晶水，保護氣體中的水分，焊接區(qū)的油污、鐵銹及空氣中的水分等，在焊接電弧熱的高溫作用下，分解為原子態(tài)和離子態(tài)的氫，溶解進入熔池中。因此焊接前應(yīng)把牽引銷與座板同時加熱至200℃，再使用除銹鋼刷對焊縫位置進行清理，保證無氧化皮和油污等雜質(zhì)，這樣可以減小氫在接頭中的危害。

3、牽引銷與低碳鋼牽引銷座焊接工藝分析

3.1焊接填充材料的確定

考慮母材的物理性能、力學(xué)性能和化學(xué)成分，對于低碳鋼與低合金鋼之間的異種鋼焊接接頭，一般選用與強度等級較低的鋼材相應(yīng)的焊材，選用焊絲 ER50-6、焊絲直徑Φ1.2mm。

3.2牽引銷與牽引銷座焊接工藝過程

3.2.1 焊前準(zhǔn)備

在焊接前，牽引銷與牽引銷座需要按圖紙進行裝配，做初步定位，牽引銷在上，座板在下，焊縫位置為水平角焊。然后，把牽引銷與座板同時進行焊前預(yù)熱，預(yù)熱溫度為200℃，這樣可以減緩焊后的冷卻速度，有利于焊縫金屬中擴散氫的逸出，避免產(chǎn)生裂紋。同時也減少了焊縫及熱影響區(qū)的淬硬程度，提高了焊接接頭的抗裂性。預(yù)熱也可以減少焊接區(qū)域被焊工件之間的溫度差，降低了焊接應(yīng)力和焊接應(yīng)變速率，有利于避免焊接裂紋的產(chǎn)生。

3.2.2 定位焊固定

在焊縫圓周每90°進行一次定位焊接。焊縫長度為30mm，焊角高度不超過5mm，并保證無弧坑裂紋等缺陷，如有缺陷須徹底清除，以免影響后續(xù)焊接。

3.2.3 焊接過程

焊接順序要注意采用分段焊，避免熱輸入量過大引起變形，并注意接頭位置要錯開，以免產(chǎn)生應(yīng)力和缺陷的集中。不同層次具有不同的焊接接頭點。焊接時，為了使焊縫第一道實現(xiàn)良好的熔深，焊接電流不要過大或者過小，焊槍采用反把運行，位置在兩種母材角平分線上。通過焊接工作試件確定具體焊接工藝規(guī)范。

3.2.4 焊后保溫

采用專用工裝對焊縫進行24小時保溫。焊后保溫主要作用是減小冷卻速度，防止產(chǎn)生焊接冷裂紋。

結(jié)論

按照此種工藝焊接的FXD3-J型電力機車底架牽引銷與牽引銷座連接焊縫，經(jīng)過探傷檢測，內(nèi)部質(zhì)量良好。由此可見，按照以上焊接工藝規(guī)范實施，焊縫具有足夠的熔深，并且有良好的沖擊韌性;在整個焊接過程中沒有出現(xiàn)裂紋傾向;可見采用合理的焊接工藝規(guī)范，可以解決高強度合金鋼牽引銷與碳鋼牽引銷座焊縫熔合不夠、易產(chǎn)生缺陷等問題。提高產(chǎn)品整體的安全性、可靠性。

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