|
李永軍 (西安軌道交通裝備有限責任公司,陜西 西安 710086) 摘要：針對客車轉向架檢修時，構架出現裂紋的問題,通過對該構架材料焊接性、工藝性等理論分析，結合理論和實踐經驗，提出焊修工藝并實施。論述了現場施焊的工藝措施，提出了確保焊接質量的方法。實踐證明，采用以上焊接工藝措施是可行的。 關鍵詞：構架裂紋;分析;焊修工藝 0 前言在修理客車轉向架時，分解檢查發現209T轉向架構架小端梁(小端梁為變截面箱形梁)有裂紋，裂紋長度達到箱形梁周長2/3，深度大部分貫穿整個16 mm的壁厚。 該轉向架為某廠1995年生產。為恢復客車的使用性能，若購置新構架，不僅增加修車成本，而且廠修周期加長。根據構架實際情況，經工廠有關部門研究，為節約客車修理成本，增加效益，縮短修車周期，決定對小端梁箱形梁的裂紋進行焊接修復。焊接修復質量的好壞直接影響著鐵路的行車安全，因此必須采取相應的工藝措施保證焊接修復質量[1-4]。 1 裂紋產生的原因分析造成客車轉向架裂紋的原因是多方面的，包括材質、鑄造質量和原焊修質量、受力狀態及運行狀況。經分析認為該構架裂紋產生的原因主要有以下幾點。 1.1 鑄造缺陷引起的裂紋 構架本身是鑄造件，內部有夾雜、砂眼等缺陷是難免的。從力學的觀點分析，缺陷部位與正常組織結合部的組織纖維會被逐漸撕裂，形成微小裂紋，隨時間推移和走行距離的延長，裂紋逐漸擴展[1-2]。 1.2 列車提速加快了構架裂紋的進程 列車提速后，運行中所產生的交變載荷比提速前要大得多，在同樣鑄造缺陷的情況下，該處產裂紋以及裂紋擴展速度較提速前快得多，這也是導致客車構架在短時期產生裂紋的主要原因。 2 焊接性分析經查閱有關資料，該構架為ZG25鑄鋼，其化學成分見表1，及力學性能見表2。 用碳當量法對其進行焊接性分析，通常采用國際焊接學會(IIW)推薦的碳當量計算公式來評價該鋼材的焊接性。  (1) 表1 ZG25的化學成分(質量分數，%)  CSiMnPSNiCrCuMoVFe0.20～0.300.2～0.50.5～0.9≤0.04≤0.04≤0.30≤0.35≤0.30≤0.20≤0.5余量 表2 ZG25的力學性能  屈服強度ReL/MPa抗拉強度Rm/MPa斷后伸長率A(%)沖擊吸收能量(-30℃)KV/J≥230≥450≥22≥25 將ZG25的化學成分代入公式，經計算得：CE(IIW)=0.55%，屬于CE(IIW)=0.4%～0.6%的范圍，鋼材的淬硬傾向明顯增加，需要采用適當的工藝措施來保證焊接質量。由此表明，該鋼種焊接性較差，在焊接熱影響區易產生淬硬傾向，且工件的拘束度較大，在施焊時存在較大的焊接應力，反映了鋼材焊接時具有一定的冷裂紋傾向。 3 焊接工藝性分析眾所周知，焊接接頭產生冷裂紋的主要原因是焊接熱影響區存在一定的淬硬傾向、焊縫中含有一定數量的擴散氫和較大的焊接拉伸應力等諸因素綜合所致[5]。為防止焊接冷裂紋的產生，第一，焊接時必須進行焊前預熱，采用合理的熱輸入、焊后緩冷等措施，使焊縫及熱影響區的焊后冷卻速度降低，避免淬硬組織的產生，降低焊接應力水平；第二，焊接材料選用堿性低氫型焊條，且在使用前烘干，放在保溫筒中隨用隨取，保溫筒使用前須加熱到100 ℃以上方可放焊條，以降低焊縫中擴散氫的含量；第三，焊后立即采用高溫回火熱處理，促使焊縫中的擴散氫充分逸出，以達到改善焊接接頭組織性能，降低焊接殘余應力的目的等相應的工藝措施來保證焊接質量。還應指出，因鑄鋼本身在鑄造過程中自身固有的缺陷較多，因此施焊前，對坡口表面應進行檢查，防止鑄造砂眼、夾渣等缺陷對焊接質量的影響[3-5]。 4 焊接工藝的實施4.1 焊前準備 (1)首先，用磁粉探傷來確定裂紋的位置及長度，然后在裂紋兩端打φ10 mm的止裂孔。 (2)用角磨機徹底清除裂紋，并開制70° V形坡口，對穿透性裂紋的部位根部留3～4 mm間隙。 (3)用角磨機打磨坡口及兩側各20 mm范圍內的母材表面水、銹、油污等雜物，直到露出金屬光澤。 (4)焊接材料選用堿性低氫型焊條E5016，且在使用前須經350～400 ℃烘干2 h，放在保溫筒中隨用隨取，保溫筒使用前須加熱到100 ℃以上方可放焊條。 (5)焊接設備采用交流手弧焊機(如有條件應采用直流電源，極性為反接法)。 4.2 施焊工藝 4.2.1 打底焊 為保證焊道不出現根部裂紋，施焊前焊縫及兩側各100 mm范圍內采用氧乙炔火焰中性焰預熱到200～250 ℃并用點溫計測量。坡口形式及焊接順序如圖1所示。 施焊采用焊條J506，直徑3.2 mm，交流手弧焊機，焊接電流為100～120 A。在坡口內引弧，引弧后將焊條探入坡根部，并在是鈍邊熔化的鐵水與焊條的熔滴連在一起后，稍向坡口兩側擺動運條，使熔池擴大并形成第一個熔池后熄弧，然后采用“單點擊穿法”滅弧焊，施焊過程中焊要對準熔池前部的1/3處，使每個熔池覆蓋前一個熔池的2/3左右，滅弧動作要干凈利落，不要拉長弧，接弧位置要準確，每次接弧時焊條中心對準熔池前端與母材交界處。熔孔要始終深入每側母材0.5～1 mm，熔池的大小要保持一致，防止焊縫成形不良和焊瘤等缺陷，熔池鐵水熔渣要分離，保證熔池鐵水清晰明亮，以免產生氣孔和夾渣等缺陷。每根焊條焊完接頭時，電弧在焊縫下方5～10 mm左右起弧，連弧焊至熔孔前把焊條往下壓一下，聽到“噗、噗”聲后，電弧恢復正常焊接時的電弧長度，兩邊左右擺一下，填滿弧坑，使焊縫充分熔合后再滅弧，收弧時，要填滿弧坑。  圖1 坡口形式及焊接順序 4.2.2 填充焊 打底焊焊后進行磁粉探傷，檢驗焊接接頭在無裂紋等缺陷的情況下再進行填充焊。同樣焊前對焊件進行預熱200～250 ℃并用點溫計測量。焊條采用J506，直徑3.2 mm，焊接電流為100～110 A。填充焊時先用長弧對焊接部位稍加預熱，由于焊條端部第一滴熔滴溫度較低，質量不佳，所以必須把焊條端部第一滴鐵水甩掉，再采用連弧焊不擺動手法進行施焊，但在坡口兩端稍作停留，使母材熔化良好，防止母材與焊縫交界處產生夾角，并防止熔池溫度過高，產生焊瘤等缺陷，且層間溫度不低于預熱溫度。 4.2.3 蓋面焊 蓋面焊時的操作與填充焊基本相同，焊條用J506，直徑為4 mm,焊接電流為160～180 A。需要注意的是焊條擺動到坡口邊緣時要稍作停頓，防止咬邊。焊后立即采用火焰加熱的方法將焊縫兩側各100 mm范圍內加熱到600～650 ℃并用點溫計測量，然后用石棉粉將焊接部位覆蓋起來，保溫緩冷。 4.3 焊縫檢查 焊后工件放置48 h，對焊接接頭外觀進行檢查，未發現咬邊、裂紋、氣孔、夾渣、焊瘤等缺陷時，然后進行X射線探傷檢查，經實際檢查，焊接接頭的焊接質量良好。 4.4 焊后補強 為保證施焊部位的強度，根據工藝要求，在焊修部位加補強板進行補強，補強板材質選用Q295鋼板，厚度為14 mm。先用角向磨光機將焊縫余高打磨至與母材平齊，再焊補強板。在焊接修復焊縫表面及兩側邊緣各20 mm不焊，角焊縫焊腳尺寸為12 mm，施焊工藝和焊接修復時相同，焊接電流比蓋面焊時大10%左右。 5 效果(1)采用上述工藝又返修了多臺同類型的構架，結果良好。 (2)從焊補后投入運行至今10余年，未發現任何異常情況。 (3)為公司節約客車修理成本，增加經濟效益。 6 結論采用上述工藝措施進行裂紋焊修及補強是可行的、質量是可靠的，為公司以后此類構架的返修積累了經驗。 參考文獻： [1] 斯重遙.焊接手冊[M]. 北京：機械工業處版社,1995. [2] 楊文義.提速后客車轉向架構架裂紋原因分析與對策[J].鐵道車輛,2000(5):10-14. [3] 顧培雄.高壓汽輪機汽缸閥門座裂紋的挖補處理[J].焊接,2002(6):22-26. [4] 王濱濤. 焊工工藝學[M]. 北京：中國勞動出版社,1987. [5] 王金生，溫志剛，陳英，等.焊后熱處理對海洋平臺用鋼焊縫低溫斷裂韌性的影響[J]. 焊接,2016(7)：14-18. 李永軍簡介： 1973年出生，焊接高級技師;主要從事焊接試驗及焊工培訓考核工作。 Crack repair welding process of air conditioning passenger car bogie frame Li Yongjun (Xi’an Railway Transportation Equipment Co. Ltd., Xi’an 710086, China) Abstract：Frame cracked when passenger bogie was serviced. The repair welding process was proposed based on the material weldability, technology and other theoretical analysis. This paper discusses the site welding process and put forward the method to ensure the welding quality. Practice has proved that the use of the above welding process measures are feasible. Key words：frame cracks; analysis; repair welding process 中圖分類號：TG422 收稿日期：2015-08-17 |
|
|
