实心牵引销表面缺陷的焊接返修工艺

程超等

【摘 要】 分析了实心牵引销表面缺陷的形成原因，结合设计要求进行工艺分析后，制定了对缺陷的焊接返修工艺措施，并将此工艺措施推广到机车新造之前、机车检修等环节。

【关键词】 实心牵引销 表面缺陷 焊接返修

【Abstract】 This article particularly analyses the cause of surface flaw of traction pin， then welding repair technology is made against the flaw through process analysis according to the design requirements， and this technology is extended to links such like before making of the locomotive and locomotive overhaul.

【Key words】 traction pin surface flaw welding repairment

南车戚墅堰机车有限公司生产的HXN5型机车采用了中心销（牵引销）形式牵引装置的转向架，其优点是可以将机车运行中转向架上产生的纵向力（牵引力或制动力）更有效地传递到车体上部，同时还能允许转向架相对于车体有适当的横动和转动。可见，牵引销是连接机车车架与转向架的关键部件。

在机车例行检修、探伤检查重要部位时发现牵引销体存在表面线性缺陷（表面裂纹）。

经过多环节排查分析，确认缺陷成因是牵引销在制作过程中，制造单位为消除气孔、夹渣等铸造缺陷时焊接修复导致的焊接裂纹。由于裂纹会沿树枝晶干方向扩展，存在重大安全隐患。因此，必须对表面缺陷进行清理消除。

1 焊接条件的准备

1.1 母材

牵引销材质采用的是美国AAR M-201标准中B+级铸钢，其主要的化学成分和力学性能分别见表1和表2。

1.2 焊材及焊接方法的选取

根据焊材与母材等强度匹配的原则，焊材成分、性能尽可能与母材相近。考虑到焊接返修作业的便捷性，采用手工电弧焊。

根据上述焊材、焊接方法的选择原则，我们最终选定大西洋焊接材料有限责任公司生产的牌号为CHE557的电焊条，符合GB E5515/AWS E8015标准，焊条规格为φ3.2mm。CHE557电焊条是低氢钠型药皮的低合金钢焊条，具有优良的塑性、韧性和抗裂坏能，焊接工艺性能优良、飞溅少、成形美观、脱渣容易，可进行全位置焊接。其化学成分和力学性能分别见表3和表4。

2 工艺措施过程

2.1 表面处理

在机车服役过程中，牵引销的机加工表面已经出现了锈蚀氧化层（如图1所示），不能进行表面磁粉探伤检查。因此，在磁粉探伤前必须先清理锈蚀氧化层。

由于氧化层比较顽固，直接抛光摩擦力不足以去除锈蚀氧化层。可以在抛光前采用氧-丙烷焰（或者氧-乙炔焰）的外焰烘烤牵引销表面，将氧化层塑化。再用安装了碗型钢丝轮的气动角磨机，抛光清理氧化层，效果显著，达到能够进行探伤检测的表面状态（如图2所示）。

2.2 探伤检测

对牵引销表面采用非荧光湿法磁粉探伤检测，对牵引销Ⅰ区、Ⅲ区（如图3所示）进行纵向、圆周两个方向进行连续磁化。根据表1所述，允许存在长度≤3mm的磁粉积聚，不做标识；将长度>3mm的磁粉积聚，全部用彩色记号笔做出明确标识。

2.3 缺陷消除方式判断

用安装了硬质合金旋转锉的气砂轮，对缺陷区域进行小范围打磨铣削，深度控制在2mm。

再进行磁粉探伤检测，如果不再有磁粉积聚，则铣削处无需焊接修复，只需要用安装了80#百页轮的气动角磨机将铣削处棱角打磨平滑过渡即可。如果铣削区域仍存在磁粉积聚，则判定Ⅰ区的所有缺陷位置都必须进行焊接修复，而Ⅲ区的各缺陷位置铣削深度一旦超过3mm，都必须进行焊接修复。

2.4 焊接返修

AAR M-201标准中规定B+级钢铸件在钢件温度低于40°F（4.4℃）时不准焊接返修。局部预热到最低40°F（4.4℃）是可以接受的，预热温度不得超过600°F（315.6℃），以避免翘曲的可能性。为了获得更好的焊接效果，在焊接前要用氧-丙烷焰（或者氧-乙炔焰）的外焰对预焊接区域预热至（130～160）℃，并用智能便携式红外测温仪来确认温度值。

焊前必须将焊条350℃烘干1小时，烘干后放入焊条保温筒中。焊前可以推荐用无纺布对焊接区域进行精细清理，更好地清除杂质粉尘，减少夹渣的可能。

焊接方法为手工电弧焊，焊条直流反接，采用短弧操作。短弧操作的电弧稳定性好，容易控制，能够保证焊接质量和良好的焊缝成形；焊条熔化产生的气体熔渣能够对熔池产生有效保护，不容易产生气孔；焊条熔化端离熔池近，铁水过渡稳定，飞溅小。而且符合铸件补焊需要低的稀释率以减少裂纹形成的要求。焊接参数如表2所示，保证留有（2～3）mm余高。焊后去除飞溅、药皮。

为了降低焊后裂纹出现的可能性，需要对焊接区域进行焊后缓冷。例如可以选取适当面积大小的石棉布用铝箔胶带将焊接区域包扎起来（如图4所示），保温1小时以上。

2.5 返修区域修整

焊后缓冷结束后，用安装了百叶轮的气动角磨机打磨补焊区域的熔敷金属，平滑过渡直至与牵引销其他部位形状相近。（如图5所示）。

2.6 返修区域复探验证

对打磨修整后的返修区域再次进行磁粉探伤，重新识别缺陷位置并做出明确标识。重复步骤2.3～步骤2.5，直至探伤确认缺陷完全消除。

3 结果及意义

经过确认，返修结果符合实心牵引销的质量要求，此返修工艺已经推广至机车新造前或机车检修过程中对牵引销体缺陷的焊接返修。消除了表面缺陷的牵引销能作为机车安全稳定地运行的重要保障。

参考文献

[1]AAR M201-2005（中文）[S].

[2]朱正锋，董雯，张俊新.B级铸钢材料的研制[J].机车车辆工艺，2010，6（5）：4-6.

[3]GB/T 5118-1995 低合金钢焊条[S].endprint

【摘 要】 分析了实心牵引销表面缺陷的形成原因，结合设计要求进行工艺分析后，制定了对缺陷的焊接返修工艺措施，并将此工艺措施推广到机车新造之前、机车检修等环节。

【关键词】 实心牵引销 表面缺陷 焊接返修

【Abstract】 This article particularly analyses the cause of surface flaw of traction pin， then welding repair technology is made against the flaw through process analysis according to the design requirements， and this technology is extended to links such like before making of the locomotive and locomotive overhaul.

【Key words】 traction pin surface flaw welding repairment

南车戚墅堰机车有限公司生产的HXN5型机车采用了中心销（牵引销）形式牵引装置的转向架，其优点是可以将机车运行中转向架上产生的纵向力（牵引力或制动力）更有效地传递到车体上部，同时还能允许转向架相对于车体有适当的横动和转动。可见，牵引销是连接机车车架与转向架的关键部件。

在机车例行检修、探伤检查重要部位时发现牵引销体存在表面线性缺陷（表面裂纹）。

经过多环节排查分析，确认缺陷成因是牵引销在制作过程中，制造单位为消除气孔、夹渣等铸造缺陷时焊接修复导致的焊接裂纹。由于裂纹会沿树枝晶干方向扩展，存在重大安全隐患。因此，必须对表面缺陷进行清理消除。

1 焊接条件的准备

1.1 母材

牵引销材质采用的是美国AAR M-201标准中B+级铸钢，其主要的化学成分和力学性能分别见表1和表2。

1.2 焊材及焊接方法的选取

根据焊材与母材等强度匹配的原则，焊材成分、性能尽可能与母材相近。考虑到焊接返修作业的便捷性，采用手工电弧焊。

根据上述焊材、焊接方法的选择原则，我们最终选定大西洋焊接材料有限责任公司生产的牌号为CHE557的电焊条，符合GB E5515/AWS E8015标准，焊条规格为φ3.2mm。CHE557电焊条是低氢钠型药皮的低合金钢焊条，具有优良的塑性、韧性和抗裂坏能，焊接工艺性能优良、飞溅少、成形美观、脱渣容易，可进行全位置焊接。其化学成分和力学性能分别见表3和表4。

2 工艺措施过程

2.1 表面处理

在机车服役过程中，牵引销的机加工表面已经出现了锈蚀氧化层（如图1所示），不能进行表面磁粉探伤检查。因此，在磁粉探伤前必须先清理锈蚀氧化层。

由于氧化层比较顽固，直接抛光摩擦力不足以去除锈蚀氧化层。可以在抛光前采用氧-丙烷焰（或者氧-乙炔焰）的外焰烘烤牵引销表面，将氧化层塑化。再用安装了碗型钢丝轮的气动角磨机，抛光清理氧化层，效果显著，达到能够进行探伤检测的表面状态（如图2所示）。

2.2 探伤检测

对牵引销表面采用非荧光湿法磁粉探伤检测，对牵引销Ⅰ区、Ⅲ区（如图3所示）进行纵向、圆周两个方向进行连续磁化。根据表1所述，允许存在长度≤3mm的磁粉积聚，不做标识；将长度>3mm的磁粉积聚，全部用彩色记号笔做出明确标识。

2.3 缺陷消除方式判断

用安装了硬质合金旋转锉的气砂轮，对缺陷区域进行小范围打磨铣削，深度控制在2mm。

再进行磁粉探伤检测，如果不再有磁粉积聚，则铣削处无需焊接修复，只需要用安装了80#百页轮的气动角磨机将铣削处棱角打磨平滑过渡即可。如果铣削区域仍存在磁粉积聚，则判定Ⅰ区的所有缺陷位置都必须进行焊接修复，而Ⅲ区的各缺陷位置铣削深度一旦超过3mm，都必须进行焊接修复。

2.4 焊接返修

AAR M-201标准中规定B+级钢铸件在钢件温度低于40°F（4.4℃）时不准焊接返修。局部预热到最低40°F（4.4℃）是可以接受的，预热温度不得超过600°F（315.6℃），以避免翘曲的可能性。为了获得更好的焊接效果，在焊接前要用氧-丙烷焰（或者氧-乙炔焰）的外焰对预焊接区域预热至（130～160）℃，并用智能便携式红外测温仪来确认温度值。

焊前必须将焊条350℃烘干1小时，烘干后放入焊条保温筒中。焊前可以推荐用无纺布对焊接区域进行精细清理，更好地清除杂质粉尘，减少夹渣的可能。

焊接方法为手工电弧焊，焊条直流反接，采用短弧操作。短弧操作的电弧稳定性好，容易控制，能够保证焊接质量和良好的焊缝成形；焊条熔化产生的气体熔渣能够对熔池产生有效保护，不容易产生气孔；焊条熔化端离熔池近，铁水过渡稳定，飞溅小。而且符合铸件补焊需要低的稀释率以减少裂纹形成的要求。焊接参数如表2所示，保证留有（2～3）mm余高。焊后去除飞溅、药皮。

为了降低焊后裂纹出现的可能性，需要对焊接区域进行焊后缓冷。例如可以选取适当面积大小的石棉布用铝箔胶带将焊接区域包扎起来（如图4所示），保温1小时以上。

2.5 返修区域修整

焊后缓冷结束后，用安装了百叶轮的气动角磨机打磨补焊区域的熔敷金属，平滑过渡直至与牵引销其他部位形状相近。（如图5所示）。

2.6 返修区域复探验证

对打磨修整后的返修区域再次进行磁粉探伤，重新识别缺陷位置并做出明确标识。重复步骤2.3～步骤2.5，直至探伤确认缺陷完全消除。

3 结果及意义

经过确认，返修结果符合实心牵引销的质量要求，此返修工艺已经推广至机车新造前或机车检修过程中对牵引销体缺陷的焊接返修。消除了表面缺陷的牵引销能作为机车安全稳定地运行的重要保障。

参考文献

[1]AAR M201-2005（中文）[S].

[2]朱正锋，董雯，张俊新.B级铸钢材料的研制[J].机车车辆工艺，2010，6（5）：4-6.

[3]GB/T 5118-1995 低合金钢焊条[S].endprint

【摘 要】 分析了实心牵引销表面缺陷的形成原因，结合设计要求进行工艺分析后，制定了对缺陷的焊接返修工艺措施，并将此工艺措施推广到机车新造之前、机车检修等环节。

【关键词】 实心牵引销 表面缺陷 焊接返修

【Abstract】 This article particularly analyses the cause of surface flaw of traction pin， then welding repair technology is made against the flaw through process analysis according to the design requirements， and this technology is extended to links such like before making of the locomotive and locomotive overhaul.

【Key words】 traction pin surface flaw welding repairment

南车戚墅堰机车有限公司生产的HXN5型机车采用了中心销（牵引销）形式牵引装置的转向架，其优点是可以将机车运行中转向架上产生的纵向力（牵引力或制动力）更有效地传递到车体上部，同时还能允许转向架相对于车体有适当的横动和转动。可见，牵引销是连接机车车架与转向架的关键部件。

在机车例行检修、探伤检查重要部位时发现牵引销体存在表面线性缺陷（表面裂纹）。

经过多环节排查分析，确认缺陷成因是牵引销在制作过程中，制造单位为消除气孔、夹渣等铸造缺陷时焊接修复导致的焊接裂纹。由于裂纹会沿树枝晶干方向扩展，存在重大安全隐患。因此，必须对表面缺陷进行清理消除。

1 焊接条件的准备

1.1 母材

牵引销材质采用的是美国AAR M-201标准中B+级铸钢，其主要的化学成分和力学性能分别见表1和表2。

1.2 焊材及焊接方法的选取

根据焊材与母材等强度匹配的原则，焊材成分、性能尽可能与母材相近。考虑到焊接返修作业的便捷性，采用手工电弧焊。

根据上述焊材、焊接方法的选择原则，我们最终选定大西洋焊接材料有限责任公司生产的牌号为CHE557的电焊条，符合GB E5515/AWS E8015标准，焊条规格为φ3.2mm。CHE557电焊条是低氢钠型药皮的低合金钢焊条，具有优良的塑性、韧性和抗裂坏能，焊接工艺性能优良、飞溅少、成形美观、脱渣容易，可进行全位置焊接。其化学成分和力学性能分别见表3和表4。

2 工艺措施过程

2.1 表面处理

在机车服役过程中，牵引销的机加工表面已经出现了锈蚀氧化层（如图1所示），不能进行表面磁粉探伤检查。因此，在磁粉探伤前必须先清理锈蚀氧化层。

由于氧化层比较顽固，直接抛光摩擦力不足以去除锈蚀氧化层。可以在抛光前采用氧-丙烷焰（或者氧-乙炔焰）的外焰烘烤牵引销表面，将氧化层塑化。再用安装了碗型钢丝轮的气动角磨机，抛光清理氧化层，效果显著，达到能够进行探伤检测的表面状态（如图2所示）。

2.2 探伤检测

对牵引销表面采用非荧光湿法磁粉探伤检测，对牵引销Ⅰ区、Ⅲ区（如图3所示）进行纵向、圆周两个方向进行连续磁化。根据表1所述，允许存在长度≤3mm的磁粉积聚，不做标识；将长度>3mm的磁粉积聚，全部用彩色记号笔做出明确标识。

2.3 缺陷消除方式判断

用安装了硬质合金旋转锉的气砂轮，对缺陷区域进行小范围打磨铣削，深度控制在2mm。

再进行磁粉探伤检测，如果不再有磁粉积聚，则铣削处无需焊接修复，只需要用安装了80#百页轮的气动角磨机将铣削处棱角打磨平滑过渡即可。如果铣削区域仍存在磁粉积聚，则判定Ⅰ区的所有缺陷位置都必须进行焊接修复，而Ⅲ区的各缺陷位置铣削深度一旦超过3mm，都必须进行焊接修复。

2.4 焊接返修

AAR M-201标准中规定B+级钢铸件在钢件温度低于40°F（4.4℃）时不准焊接返修。局部预热到最低40°F（4.4℃）是可以接受的，预热温度不得超过600°F（315.6℃），以避免翘曲的可能性。为了获得更好的焊接效果，在焊接前要用氧-丙烷焰（或者氧-乙炔焰）的外焰对预焊接区域预热至（130～160）℃，并用智能便携式红外测温仪来确认温度值。

焊前必须将焊条350℃烘干1小时，烘干后放入焊条保温筒中。焊前可以推荐用无纺布对焊接区域进行精细清理，更好地清除杂质粉尘，减少夹渣的可能。

焊接方法为手工电弧焊，焊条直流反接，采用短弧操作。短弧操作的电弧稳定性好，容易控制，能够保证焊接质量和良好的焊缝成形；焊条熔化产生的气体熔渣能够对熔池产生有效保护，不容易产生气孔；焊条熔化端离熔池近，铁水过渡稳定，飞溅小。而且符合铸件补焊需要低的稀释率以减少裂纹形成的要求。焊接参数如表2所示，保证留有（2～3）mm余高。焊后去除飞溅、药皮。

为了降低焊后裂纹出现的可能性，需要对焊接区域进行焊后缓冷。例如可以选取适当面积大小的石棉布用铝箔胶带将焊接区域包扎起来（如图4所示），保温1小时以上。

2.5 返修区域修整

焊后缓冷结束后，用安装了百叶轮的气动角磨机打磨补焊区域的熔敷金属，平滑过渡直至与牵引销其他部位形状相近。（如图5所示）。

2.6 返修区域复探验证

对打磨修整后的返修区域再次进行磁粉探伤，重新识别缺陷位置并做出明确标识。重复步骤2.3～步骤2.5，直至探伤确认缺陷完全消除。

3 结果及意义

经过确认，返修结果符合实心牵引销的质量要求，此返修工艺已经推广至机车新造前或机车检修过程中对牵引销体缺陷的焊接返修。消除了表面缺陷的牵引销能作为机车安全稳定地运行的重要保障。

参考文献

[1]AAR M201-2005（中文）[S].

[2]朱正锋，董雯，张俊新.B级铸钢材料的研制[J].机车车辆工艺，2010，6（5）：4-6.

[3]GB/T 5118-1995 低合金钢焊条[S].endprint