HXD3C 型電力機車軸箱體檢修技術研究

李喆，徐佳，衛志龍，王振波

（中車大連機車車輛有限公司，遼寧 大連 116022）

HXD3C 型機車是我公司電力機車的主力車型，目前該車型機車陸續展開C5、C6 修工作，因軸箱體端蓋在運用保養時拆卸次數較多，在檢修過程中發現部分軸箱體M20×1.5 螺紋孔存在斷扣、亂扣的問題。為了降低檢修機車成本，修復損壞的螺紋孔成為機車檢修勢在必行的工作。HXD3C 機車軸箱體材質為C 級鋼且碳當量較高、可焊性較差，而常用焊接修復又會造成母材變形及裂紋，加上其螺紋孔的結構特點，用鑲嵌鋼絲螺套修復無法保證軸箱體整體強度，所以給檢修工作造成了很大困難，故嘗試采用冷焊技術修復軸箱體螺紋孔。

1 冷焊焊修技術的原理

冷焊修復技術是新型技術，現已得到廣泛應用，因其本身的特點，當傳統焊接修復方法不滿足時，冷焊修復技術起到至關重要的作用。冷焊的主要特點是熱影響區域小，基材損傷小，無應力集中、變形、裂紋等優點。基材與補材完全冶金熔合，焊補強度高，可承受車、銑、刨、磨等機械加工，致密不脫落。修補金屬范圍廣泛，除黃銅、鋅等電阻率極低的材料外，各種導電性金屬材料均可修補。其原理主要通過微電弧短時間快速放電所產生的高熱能將焊絲熔合并覆到零部件的破損區域，并能和原有母材牢固的熔合連接，焊修后只需要很少的工序即可，如打磨，拋光等。冷焊機工作原理主要是通過充電電容，周期為10-3～10-1s，時間為10-6～10-5s進行放電，由于放電時間間隔非常短，冷焊設備有足夠的相對停止時間，這時熱量會快速擴散到外部，因此被修復零部件的位置不會出現熱量聚集的情況。

2 軸箱體螺紋孔冷焊修復試驗與分析

2.1 試件取樣

從軸箱體母材中取若干試樣，用于工藝試驗焊接評定，試樣（C 級鋼）化學成分見表1，材質的主要力學性能見表2，根據螺紋孔修復要求在試樣表面進行冷焊修復，冷焊修復的設備選用特制高能微電弧冷焊機，并選擇等強匹配的焊絲進行焊接試驗。

表1 試驗母材的化學成分（質量分數%）

表2 試驗母材的主要力學性能

根據國際標準ISO15614-7 金屬材料焊接工藝規范和評定—焊接工藝評定試驗第七部分：堆焊的相關要求進行檢驗和試驗。

2.2 滲透試驗

根據TB/T 1558.5-2010《機車車輛焊縫無損檢測 滲透檢測》標準要求對冷焊焊接試塊進行著色滲透檢測，檢測的環境溫度為20℃，檢測部位為焊縫的外表面，滲透試驗試件如圖1 所示，滲透檢測分為5 個步驟，分別為預清洗、滲透、溶劑去除、顯像及觀察。滲透過程，采用噴涂方式對試件施加滲透劑，滲透時間10min；溶劑去除，采用擦拭方式進行；顯像，干燥一段時間后，施加顯像劑，顯像時間為10min；觀察，經觀察未發現線性顯示及非線性顯示。即經過著色滲透檢測，兩塊試件焊縫表面未發現缺陷，驗收等級為1 級，檢測結果合格。

2.3 硬度檢測

按照硬度檢測要求將堆焊好的試塊表面處理好后，選取3 點進行測試，試件維氏硬度值分別為202、211、217，平均值為210 與軸箱體母材硬度相近，符合試驗要求。

圖1 滲透試驗試件

2.4 拉伸試驗

拉伸試驗按照GB/T228.1-2010 金屬材料室溫拉伸方法執行，試件為棒型材料，各尺寸數值為：d0=1 0 mm，L0=5 0mm，d1=1 2mm，Lc=70，Lt=130mm，h=20mm。如圖2 所示，在常溫下試驗結果為抗拉強度700MPa，屈服強度560MPa，伸長率為15%。抗拉強度值大于C 級鋼規定的拉伸強度最低620MPa，滿足試驗要求。

圖2 拉伸試驗試件

2.5 側彎試驗

將堆焊試件側彎180°，如圖3 所示，試驗過程中試件任何方向沒有出現＞3mm 的單缺陷，試驗報告符合要求，如表3 所示。

圖3 側彎后的試件

表3 側彎試驗報告

2.6 宏、微觀金相分析

選擇螺紋孔損壞的軸箱體，對其進行全螺紋滿焊修復，將修復后的螺紋孔進行切割，同時對堆焊后的焊肉進行了宏、微金相分析，其中宏觀金相如圖4 所示，焊肉金相組織如圖5 所示，熱影響區組織圖如圖6 所示。

結論：從試驗報告中分析得出焊接質量良好，未產生裂紋，未出現＞1.5mm 的單個氣孔，符合試驗要求。

2.7 螺紋孔拉斷試驗分析

軸箱體是軸箱組裝裝置的關鍵部件，為確保軸箱體螺紋孔的可靠性，在用新研發的冷焊工藝修復后，對螺紋孔進行一次拉斷試驗。軸箱體M20 螺紋孔安裝螺栓的把緊力矩為385N·m，通過公式：T（把緊力矩）=k·d·P（k=0.25,d=20），計算出軸向拉力P=77kN。 將8.8 級M20 螺栓以385N·m 的力矩安裝在螺紋孔中，反復拆裝三次后開始進行拉斷試驗，當拉伸力加載到210kN 時， 螺 栓 被拉斷，如圖7 所示，拉斷力大于螺栓安裝軸向力77kN。拆除螺栓后檢查螺紋孔內沒有任何損壞，符合實際的使用要求。

圖4 金相檢驗試件

圖5 焊肉金相組織

圖6 熱影響區組織圖

圖7 試件拉斷試驗

3 結語

通過對軸箱體螺紋孔修復方案的研究，驗證了冷焊修復技術的可行性，進而研發出修復軸箱體螺紋孔的焊俢方案，利用研發的冷焊修復技術已開始對HXD3C 電力機車的軸箱體批量檢修，修復后運用良好，大幅降低了軸箱體的檢修成本，為公司未來檢修市場打下了良好的基礎。