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          提速車(chē)焊接轉向架焊縫TIG重熔工藝的研究

          2016-04-27 15:13:00
          sawchina
          原創(chuàng )
          9458
          摘要:鐵道車(chē)輛轉向架長(cháng)期以來(lái)一直為鑄鋼件,但隨著(zhù)鐵道高速化的發(fā)展,對轉向架提出了輕量化的要求。焊接結構構架可以根據需要選用合適的材料,相應地減薄板厚,因此焊接轉向架在高速列車(chē)中得到了廣泛應用。構架作為轉向架重要承載傳遞裝置,直接影響到列車(chē)的安全行駛,特別在高速運行狀態(tài)下,強烈的振動(dòng)和沖擊載荷作用在構架上,構架的疲勞性能和可靠性尤為重要。本課題的目的在于研究TIG重熔對焊接接頭疲勞性能的影響。
          1.概述 

          鐵道車(chē)輛轉向架長(cháng)期以來(lái)一直為鑄鋼件,但隨著(zhù)鐵道高速化的發(fā)展,對轉向架提出了輕量化的要求。焊接結構構架可以根據需要選用合適的材料,相應地減薄板厚,因此焊接轉向架在高速列車(chē)中得到了廣泛應用。構架作為轉向架重要承載傳遞裝置,直接影響到列車(chē)的安全行駛,特別在高速運行狀態(tài)下,強烈的振動(dòng)和沖擊載荷作用在構架上,構架的疲勞性能和可靠性尤為重要。本課題的目的在于研究TIG重熔對焊接接頭疲勞性能的影響。 

          2.TIG重熔試驗 

          TIG重熔,就是將已焊好的接頭,用TIG焊不加焊絲的方法使焊趾或焊縫再加熱并重新熔化,以便改善焊縫表面成形,尤其是焊趾形狀。這是使焊縫與母材過(guò)渡平滑的一種焊后焊縫處理方法。 

          (1)焊接條件及方法 研究中采用圖1所示對接和非加強筋式十字角接兩種典型的焊接接頭形式。

          試板制備按GB/T2649—1989進(jìn)行,母材為Q345(16Mn);焊接材料:焊絲為H08Mn2SiA;保護氣體:MAG采用80%Ar+20%CO2混合氣體,TIG重熔采用工業(yè)純氬(純度為99.99%)。 

          焊接設備:MAG焊采用晶閘管式NBC—500電源,TIG焊重熔設備為SYNCROWAVE—250電源。 

          (2)MAG焊接工藝 試板組對間隙為2mm,焊前不預熱,試板組對后預留一定的反變形,采用單面焊雙面成形法。焊接電源為直流反接,焊接過(guò)程不間斷,焊接規范見(jiàn)表1。 

          (3)TIG重熔工藝 施焊時(shí),焊接電源采用直流正接法。TIG重熔之前,必須先將存在于焊縫表面的熔渣和大顆粒飛濺清除掉,因為過(guò)多的熔渣易使TIG重熔后的焊道形成夾渣和氣孔,而大顆粒飛濺則對焊接過(guò)程和穩定性不利,影響重熔焊縫的質(zhì)量。在多次試驗的基 礎上對上述兩種接頭進(jìn)行焊趾TIG重熔試驗,焊接規范參數見(jiàn)表2。

          3.試驗結果 

          (1)金相試驗 由焊縫橫截面宏觀(guān)金相可見(jiàn):TIG重熔后的焊縫外觀(guān)形狀平整,焊縫之間,焊縫與母材間呈圓滑過(guò)渡,焊縫表面波紋細密,可有效地改善此處的應力集中。 

          由焊縫微觀(guān)金相觀(guān)察發(fā)現:經(jīng)TIG重熔的焊道其組織的晶粒比主焊縫中的晶粒明顯細化,這對于提高焊縫的抗裂性是有益的。 

          (2)顯微硬度試驗 結果見(jiàn)圖2。由圖可知,TIG重熔焊道及其熱影響區的硬度較母材及焊縫處的硬度要高。這主要是由于Q345(16Mn)鋼有一定的淬硬性造成的。 

          (3)脈動(dòng)拉伸疲勞試驗 該脈動(dòng)拉伸疲勞試驗按GB/T13816—1992標準進(jìn)行,試驗循環(huán)周數為1×105的條件疲勞極限。試驗分為對接和十字角接兩種情況。 

          對接試樣MAG焊后的處理有如下三種情況: 

          ①MAG焊后焊縫磨平。②MAG焊后,焊趾進(jìn)行TIG重熔。③MAG焊后,焊縫不作任何處理。 

          試驗結果見(jiàn)表3。由表3可知MAG焊后,焊縫磨平的情況,疲勞極限最高,接近Q345(16Mn)鋼的屈服點(diǎn)(σs=430MPa),而且都斷于母材;MAG焊后焊趾TIG重熔的情況,疲勞極限稍低,疲勞裂紋都起始于TIG重熔焊縫的焊趾處;MAG焊后不作任何處理的焊縫疲勞極限最低,疲勞裂紋都起始于焊趾處。 

          非加強筋式十字接頭焊后的處理有如下兩種情況: 

          ①MAG焊后,在焊趾處進(jìn)行TIG重熔。②MAG焊后不作任何處理。 

          試驗結果見(jiàn)表4,由表可見(jiàn)對于圖1b的非加強筋式十字接頭而言,TIG重熔的疲勞極限有所提高。 

          4.試驗結果分析 

          (1)由對接組疲勞試驗可見(jiàn),焊后焊縫磨平,可大幅度提高疲勞極限,且斷口均位于母材上。TIG重熔對疲勞極限的提高也很明顯,但試驗數據很分散,而且疲勞裂紋均起裂于TIG焊縫的焊趾處。之所以出現這種結果是因為在焊縫磨平的情況下,徹底消除了焊縫表面缺陷,以及由焊縫形狀引起的應力集中,其狀態(tài)幾乎可以近似看作理想情況。而TIG重熔雖能改善焊縫形狀,使之過(guò)渡平滑,但并沒(méi)有消除應力集中,而只是改善了應力集中。 

          另外,TIG重熔焊縫宏觀(guān)上似乎平整光滑,但在微觀(guān)上不可避免地存在咬邊、夾渣等表面缺陷,這些缺陷在疲勞試驗過(guò)程中,都能成為疲勞裂紋的裂紋源,因而降低了疲勞強度,而且這些缺陷是隨機出現的 ,最終導致了疲勞數據的分散性。 

          (2)對于十字角接疲勞試驗,裂紋都從焊縫根部開(kāi)始擴展,TIG重熔的疲勞極限有所提高。 

          (3)但對于圖1b的十字接頭形式,由于在焊縫根部不可避免地存在未焊透現象,因而TIG重熔對疲勞極限的提高不夠明顯,是正常的。事實(shí)上,實(shí)際結構中,加強筋式的十字接頭會(huì )更多些。 

          我們相信,如果采用圖3的加強筋式的十字接頭形式TIG重熔對疲勞極限會(huì )有明顯的提高,為了證實(shí)這一點(diǎn),我們正在做這方面的工作。

          5.結語(yǔ) 

          (1)采用TIG重熔法,能有效地改善焊接的形狀和表面成形,降低了接頭的應力集中。 
          (2)機械打磨對接焊縫能使疲勞強度達最高,TIG重熔對接焊縫焊趾,可以大大地提高焊縫疲勞強度。 
          (3)對于非加強筋式十字接頭焊接,TIG重熔焊趾對疲勞強度有所提高,建議采用加強筋式 十字接頭,效果會(huì )更好。 
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