E级钢车钩及尾框焊修工艺的研究

摘 要：研究了目前HXD3系列机车13号车钩及尾框材质状况，并确定了焊修时应选择的焊材型号。提出了焊接参数并进行了评定，评定结果显示合格。实际使用取得了良好的效果，并列出此种材料焊修时应注意的问题。

关键词：车钩；尾框；焊修；裂纹

1 問题的提出

钩缓装置是机车连接车辆的重要部件，和谐型机车的是采用13号E级钢（低合金高强度钢）铸造而成的钩体和尾框。车钩缓冲装置是用于使车辆与车辆，机车或动车相互连挂，传递牵引力，制动力并缓和纵向冲击力的车辆部件。它承载机车运行中的牵引力传递，运行中受力复杂，因此在各种交变应力作用下会逐渐产生疲劳裂纹。当裂纹较深时，需要打磨消除掉裂纹后再对该裂纹部位进行补焊。

2 车钩材质状况

经查阅相关技术资料及标准文献，E级钢材质为ZG25MnCrNiMo，热处理状态为淬火加高温回火，淬火温度为910℃，回火温度约为600～650℃。所得材料性能相当于美国AAR M201-2005《铸钢件》标准中的E级铸钢，属于低合金铸钢。材料的抗拉强度为830MPa，屈服强度为690MPa，断面伸长率≥14%，断面收缩率≥30%，冲击吸收功-40AKV情况下≥27J。所含主要成分为：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）%。

调质处理状态下的E级钢车钩应为回火索氏体+少量贝氏体。

3 焊接参数的选择

为保证最佳的焊接质量，选用焊材时应尽量保证与母材化学成分相近、强度级别相当。依据TB/T 2942-1999《铁道用铸钢件采购与验收技术条件》，当焊补E级钢铸件时，如采用手工电弧焊，则应选用J857（E8515）低氢钠型合金焊条焊接；同时也可根据JB/T5000.7-2007《重型机械通用技术条件 第7部分：铸钢件焊补》中的相关规定采用气体保护焊。

根据母材碳当量选择了相应的预热温度及保温措施。

碳当量计算公式为：C当量=[C+Mn/6+（Cr+Mo+V）/5+（Ni+Cu）/15]*100%

计算结果显示E级钢焊补必须采取预热、缓冷，对应所得碳当量选择温度如下：预热温度为200℃-250℃（1.5h后焊修），焊后保温温度为200℃-250℃（2h随炉冷却），焊后热处理600℃-650℃（2h空气冷却）。

根据以上焊接参数焊接完成后，经磁粉探伤检验、射线探伤检验合格后，采用线切割根据国家标准进行取样并交由计量理化检验。

4 结束语

根据NB/T47014的要求制定了焊接工艺评定作业指导书对E级钢的焊接工艺参数进行工艺评定试验，焊接完成后，经磁粉探伤检验、射线探伤检验合格后，采用线切割根据国家标准进行取样并交由计量理化检验拉伸、硬度、宏观金相、微观金相、冲击，结果均为合格。

E级钢属于中碳调质钢，由于它的机械性能所限，此次工艺参数的研究针对焊修后易产生的冷裂纹，采取相应的预防措施，根据车钩及钩尾框材质、外形主要在以下四个方面进行控制：

一是调质处理过的E级钢材料具有一定的淬硬性，所以焊接前必须进行预热。

二是对结晶裂纹比较敏感，焊接时容易在弧坑及焊缝中凹陷的部位开裂，为防止此类裂纹，选择焊条时应选用含碳量比母材低，P、S杂质少的填充金属。选择焊接参数时，注意降低熔合比；操作时应特别注意填满弧坑及保证良好的焊缝成型。

三是由于它的成分和淬透性决定了它在快速冷却时很容易得到对冷裂纹很敏感的淬硬组织，为了防止此类裂纹，必须提高预热温度，并在焊后及时进行消除应力处理。

四是热影响区性能的变化，在冷却速度较大的情况下，容易产生比较硬及脆的高碳马氏体组织，从而造成脆化现象，因此为了防止脆化应采用预热、缓冷和适当加大线能量相配合的措施。

参考文献

[1]中国机械工程学会焊接学会.焊接手册（第2分册）[M].

[2]美国AAR M201-2005.铸钢件[S].

[3]TB/T2942-1999.铁道用铸钢件采购与验收技术条件[S].

[4]JB/T5000.7-2007.重型机械通用技术条件 第6部分：铸钢件[S].

[5]JB/T5000.7-2007.重型机械通用技术条件 第7部分：铸钢件补焊[S].

作者简介：李钦奇（1988，07-），性别：男，民族：汉，籍贯：天津，当前职务：天津电力机车有限公司技术中心多元化主管设计师，当前职称：助理工程师，学历：本科，单位：天津电力机车有限公司，研究方向：机车车辆、城轨地铁。