E級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號車鉤及尾框材質(zhì)狀況，并確定了焊修時應(yīng)選擇的焊材型號。提出了焊接參數(shù)并進(jìn)行了評定，評定結(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E級鋼（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)車或動車相互連掛，傳遞牽引力，制動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)力作用下會逐漸產(chǎn)生疲勞裂紋。當(dāng)裂紋較深時，需要打磨消除掉裂紋后再對該裂紋部位進(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，選用焊材時應(yīng)盡量保證與母材化學(xué)成分相近、強(qiáng)度級別相當(dāng)。依據(jù)TB/T 2942-1999《鐵道用鑄鋼件采購與驗收技術(shù)條件》，當(dāng)焊補(bǔ)E級鋼鑄件時，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)量計算公式為：C當(dāng)量=[C+Mn/6+（Cr+Mo+V）/5+（Ni+Cu）/15]*100%

計算結(jié)果顯示E級鋼焊補(bǔ)必須采取預(yù)熱、緩冷，對應(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、射線探傷檢驗合格后，采用線切割根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行取樣并交由計量理化檢驗。

4 結(jié)束語

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

E級鋼屬于中碳調(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方面進(jìn)行控制：

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

二是對結(jié)晶裂紋比較敏感，焊接時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，注意降低熔合比；操作時應(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很容易得到對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。

參考文獻(xiàn)

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[3]TB/T2942-1999.鐵道用鑄鋼件采購與驗收技術(shù)條件[S].

[4]JB/T5000.7-2007.重型機(jī)械通用技術(shù)條件 第6部分：鑄鋼件[S].

[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。