低温环境下B级铸钢件焊接裂纹的工艺措施

低温环境下B级铸钢件焊接裂纹的工艺措施

  ,李中彦,赵云飞

中车戚墅堰机车有限公司 江苏省常州市 213011

摘要：冬季环境温度低，机车转向架构架铸件焊接时产生裂纹倾向增加，对低温环境下焊接产生裂纹的原因分析，通过焊前预热、控制热输入量、合理焊接顺序、去除焊接应力等方法，防止裂纹的产生，保证焊接质量。

关键词：焊接；裂纹；

一、 概论

我公司生产的东风型机车转向架构架，其上铸钢件零件较多（如电机吊座、拉杆座等），且都是受力关键件，焊缝质量直接影响机车的运行安全。冬季环境温度较低，B级铸钢的碳当量较大，如果焊前预热温度定得过高，需耗费大量的人力和物力，冬季散热快，很难达到预热温度。为了保证铸钢件的焊接质量，制定合理的焊接工艺，控制焊接缺陷的产生，不仅能保证焊接质量还能减少生产成本。

二、B级钢化成成份、力学性能及焊接性的分析

表1  B级铸钢化学成分

表2  B级铸钢力学性能

根据碳当量计算公式：CE=C+(Mn+Si)/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15，B级铸钢的碳当量均值为0.438,焊接性较好。

三、焊接裂纹的原因分析

B级铸钢件与构架主体框架焊接，采用直径1.2mm的ER50-6焊丝,富氩气体保护焊，经工艺评定试验，所有性能满足要求。在冬季焊接铸钢件时，有时会产生裂纹，特别是12月份和1月份气温低于5℃时，综合分析产生裂纹的原因主要有以下3个：

1. 构架工件大，局部拘束度过大，焊缝强度不足，有的焊缝在焊接完后会立即开裂；
2. 铸钢件内部缩孔多，材质酥松，焊缝冷却后在铸钢件侧熔合区产生的裂纹明显要多；
3. 环境温度过低，在焊接后冷却温速度很快，使焊接过程中产生的的氢在冷却过程中来不及逸出，焊缝含氢量增加，拉应力较大，并且接头处易产生淬火组织，导致材料焊接部位脆化，氢在组织中积聚，一段时间后扩散出来，产生延迟裂纹；

四、防止焊接裂纹产生的措施

为有效减少焊接裂纹的产生，从焊前预热、控制焊接热输入量、焊接工艺参数、焊接顺序、焊后构架去应力退火改善热影响区和焊缝的组织，使氢逸出以及减少焊接产生的拘束应力等措施控制。

(1)预热温度的控制。

在冬季环境温度低于5℃，有必要对工件预热至20℃以上，焊前预热能起到降低热影响区硬度、减缓冷却速度、有利于扩散氢的逸出、改善接头的塑性的作用，整体预热还能减少残余应力。

(2)控制焊接热输入量，确保合理的线能量。                                                  热输入大小对热影响区大小及性能有很大的影响，热输入过大，熔合区晶粒长大的范围也会增加。热影响区组织对冷裂纹的敏感性影响，对M-A组元成分的敏感性最大。晶粒尺寸的增加使组织脆化，同时由于应力及热应力不平衡条件，使位错等晶格缺陷产生运动，致使冷裂纹倾向增加。采用较小的焊接热输入，降低电弧电压，减小焊接速度，将可以减少热影响区尺寸，同时也可以防止过热组织，晶粒细化。参照工艺评定参数编制合理的参数范围，用焊接工作试件验证，确定的焊接热输入的线能量在(0.8～1.4)KJ/mm比较合适；

(3)优化焊接工艺参数

构架上铸钢件的焊缝类型主要有两种，一种是角焊缝(FW)，焊缝厚度a7,另一种是T型接头8HY坡口焊缝，通过大量的焊接试验，确定了最优焊接参数，焊缝采用多层多道焊，具体见表3

表3  B级铸钢件焊接参数

(4)合理的焊接顺序

构架主体焊接完冷却后，再组装焊接构架上零件，可以先焊接铸钢件周边的其它钢板制成的零件，可以有效减少预热工作量；

(5)焊后去应力退火

铸钢零件随构架一起去应力退火处理，加热至温度590℃，保温4小时，加热和冷却速度低于100℃/h。通过去应力退火能改善焊缝、热影响区的组织，提高焊缝的机械性能和低温韧性，去除焊接产生的内应力，防止焊接裂纹产生；对焊缝的加热和保温还可以使焊缝中的扩散氢充分析出，减小延迟裂纹的产生。

四  结束语

我们采取以上措施后生产的构架，未发现任何由于工艺不当引起的焊缝裂纹，构架已装车运行10年以上，也未发现铸件的焊接裂纹，说明采取的工艺措施是合理的，现已按此工艺批量生产，效果良好。

参考文献

[1] 刁东风、张福强、张春河 《低温环境下管道焊接产生冷裂纹的因素及控制方法》[J]，焊接技术第36卷第4期 39-42

作者：李中彦1997年上海铁道大学机械制造专业，大学本科，高级工程师

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