FXD3-J型160公里动力集中动车组底架牵引销焊接工艺分析

刘峰

摘要：本文主要分析了FXD3-J型电力机车底架高强度合金钢牵引销和普通碳钢牵引销座焊接的焊缝形式、此形式焊缝易出现的焊接缺陷及缺陷的形成原因，针对高强度合金钢牵引销与碳钢牵引销座的焊接问题，结合以往工作经验及统计数据制定出合理的焊接工艺规程，解决焊接中容易出现焊接裂纹、焊缝熔合不够等缺陷问题。

关键词： 高强度合金钢;牵引销;异种钢;焊接

前言：

底架作为机车的重要部件，是机车走行部的主体。底架将车体和转向架连接在一起，而这种连接正是靠牵引销来完成的。牵引销在机车运行过程中不仅承受上部所有设备的重量，还要传递牵引力和承受走行过程中的各种冲击载荷。所以对其连接焊缝的强度和韧性要求很高。其质量的好坏决定着整车性能的优劣，直接关系到行车的安全。良好的组焊工艺将是产品质量的有效保证。

1、产品结构分析

FXD3-J型电力机车底架牵引销与牵引销座连接焊缝的接头形式为角接，坡口形式为半U型坡口，根部间隙为0-0.5mm。

根据以往工作经验及此类焊缝探伤情况统计可以发现高强度合金钢与普通碳钢焊接中容易出现焊接裂纹，焊缝熔合不够等缺陷，这些缺陷对牵引销与碳钢牵引销座的焊接质量影响尤为突出。因此针需要对牵引销材质的化学成分和强度以及对焊缝的质量要求，选择与之相匹配的焊接材料，并根据产品的形状和焊接位置，制定出合理的焊接工艺规程，将对以后的产品生产起到积极的作用。

2、牵引销与碳钢牵引销座的焊接性分析

2.1牵引销座-低碳钢Q345E的材质分析

FXD3-J型电力机车底架牵引销座采用的是Q345E型低碳钢。Q345E的综合力学性能良好，低温性能亦可，塑性和焊接性良好，可用于-40℃以下寒冷地区的各种结构。

2.2牵引销-高强度合金钢GS-14NiCrMo10 6V的材质分析

FXD3-J型电力机车底架牵引销采用的是GS-14NiCrMo10 6V型高强度合金钢。合金钢是在碳元素钢的基础上加入适量的一种或几种合金元素而形成的，它比碳素钢的综合性能好。当零件的形状复杂、截面尺寸较大、力学性能较高、淬透性较好时采用碳素钢常常难于满足要求，而合金钢由于合金元素的作用，能够明显提高强度、韧性和耐磨性，并有良好的淬透性。

合金钢GS-14NiCrMo10 6V中的镍元素保证了钢获得稳定的奥氏体组织，从而使钢具有良好的塑性、韧性和强度，优良的加工性、成形性、可焊性等性能，另一方面也改善了钢在还原性介质中耐腐蚀的性能，特别是能明显提高耐氯化物应力腐蚀破裂的能力;铬元素促使了钢在介质中钝化并维持钝态稳定，从而保证钢优良的不锈性和耐蝕性;钼元素提高了钢对还原性介质的耐蚀性，并改善耐氯化物点腐蚀和缝隙腐蚀的性能。

2.3、牵引销与低碳钢牵引销座的焊接中易出现的问题

2.3.1易出现冷裂纹

牵引销与低碳钢牵引销座的化学成分对焊接热影响区的淬硬及冷裂倾向有直接影响，因此可以用化学成分来分析冷裂敏感性。各种元素中碳是对冷裂敏感性影响最显著的一个。因此可以用碳当量来估计冷裂倾向的大小。在牵引销与碳钢牵引销座焊接接头的焊缝区域，通常都会产生导致淬硬倾向的组织，使焊接接头的冷裂纹敏感性增大，所以焊前预热和焊后热处理必不可少。

2.3.2化学成分不均匀性问题

牵引销与低碳钢牵引销座的焊接属于异种金属的焊接。异种金属焊接的接头中，不仅焊缝与母材往往成分不同，就连焊缝本身成分也是不均匀的，这种成分的不均匀，对异种金属焊接接头的整体性能有重要影响，在选择填充材料、制定焊接工艺时应充分估计到其影响的后果。

2.3.3氢在焊接接头中的影响

氢在焊接接头中是十分有害的。熔化焊时，焊条药皮、焊剂中的吸附水和结晶水，保护气体中的水分，焊接区的油污、铁锈及空气中的水分等，在焊接电弧热的高温作用下，分解为原子态和离子态的氢，溶解进入熔池中。因此焊接前应把牵引销与座板同时加热至200℃，再使用除锈钢刷对焊缝位置进行清理，保证无氧化皮和油污等杂质，这样可以减小氢在接头中的危害。

3、牵引销与低碳钢牵引销座焊接工艺分析

3.1焊接填充材料的确定

考虑母材的物理性能、力学性能和化学成分，对于低碳钢与低合金钢之间的异种钢焊接接头，一般选用与强度等级较低的钢材相应的焊材，选用焊丝 ER50-6、焊丝直径Φ1.2mm。

3.2牵引销与牵引销座焊接工艺过程

3.2.1 焊前准备

在焊接前，牵引销与牵引销座需要按图纸进行装配，做初步定位，牵引销在上，座板在下，焊缝位置为水平角焊。然后，把牵引销与座板同时进行焊前预热，预热温度为200℃，这样可以减缓焊后的冷却速度，有利于焊缝金属中扩散氢的逸出，避免产生裂纹。同时也减少了焊缝及热影响区的淬硬程度，提高了焊接接头的抗裂性。预热也可以减少焊接区域被焊工件之间的温度差，降低了焊接应力和焊接应变速率，有利于避免焊接裂纹的产生。

3.2.2 定位焊固定

在焊缝圆周每90°进行一次定位焊接。焊缝长度为30mm，焊角高度不超过5mm，并保证无弧坑裂纹等缺陷，如有缺陷须彻底清除，以免影响后续焊接。

3.2.3 焊接过程

焊接顺序要注意采用分段焊，避免热输入量过大引起变形，并注意接头位置要错开，以免产生应力和缺陷的集中。不同层次具有不同的焊接接头点。焊接时，为了使焊缝第一道实现良好的熔深，焊接电流不要过大或者过小，焊枪采用反把运行，位置在两种母材角平分线上。通过焊接工作试件确定具体焊接工艺规范。

3.2.4 焊后保温

采用专用工装对焊缝进行24小时保温。焊后保温主要作用是减小冷却速度，防止产生焊接冷裂纹。

结论

按照此种工艺焊接的FXD3-J型电力机车底架牵引销与牵引销座连接焊缝，经过探伤检测，内部质量良好。由此可见，按照以上焊接工艺规范实施，焊缝具有足够的熔深，并且有良好的冲击韧性;在整个焊接过程中没有出现裂纹倾向;可见采用合理的焊接工艺规范，可以解决高强度合金钢牵引销与碳钢牵引销座焊缝熔合不够、易产生缺陷等问题。提高产品整体的安全性、可靠性。

参考文献：

[1]《压力焊》赵熹华，机械工业出版社，1988年.

[2]《焊接冶金学》周振丰，机械工业出版社，1996年.

[3]《焊工实用技术手册》朱玉义，江苏科学技术出版社，2005年.

[4]《金属材料焊接基础》孟庆森，化学工业出版社，2006年.

[5]《金属焊接性基础》陈伯蠡，机械工业出版社，1982年.

[6]《焊接手册第2卷.材料的焊接》中国机械工程学会焊接学会，北京机械工业出版社，1992年.