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编者按

采纳药芯焊丝TWE-Ni2打底、填充、盖面与采纳实芯焊丝ER50-6打底+药芯焊丝TWE-Ni2填充、盖面复合工艺，对低合金高强度布局钢QE厚板对接焊缝停止了焊接实验。成绩讲明：焊丝中Ni含量高是致使TWE-Ni打底焊道频发结晶裂纹的重要道理。经过采纳实芯焊丝ER50-6打底+药芯焊丝TWE-Ni2填充、盖面复合工艺，管制热输入，减小坡口空隙，预制反变形并去除刚性拘谨等方法，显著下降了焊接裂纹产生的几率。

1弁言当前，我公司临盆的大功率内燃机车车底架多采纳先后端部及中间油箱构成的三段拼焊布局。个中，车底架双侧的箱形主梁采纳低合金高强度布局钢QE厚板。做为严重的承重部件，在机车运转流程中主梁还秉承来自车身震荡的交变载荷。因而，主梁高低盖板（翼板）的对接焊缝无疑成为关键的承力焊缝，其焊接品质的是非直接干系到机车运转平安以及人身家当平安。关于主梁高低盖板的对接焊缝，往常的焊接工艺是打底、填充及盖面均采纳药芯焊丝TWE-Ni2，组装时采纳刚性拘谨，预留6～10mm空隙，加陶瓷衬垫，并配置20mm长、与母材等厚，且坡口样式不异的引弧板、引出板。成绩打底焊道中间的纵向结晶裂纹频发，严峻影响了焊接品质与临盆进度。因而，何如采用符合的焊接材料、正当的焊接工艺，避免主梁高低盖板对接焊缝裂纹的孕育，便成为亟需治理的困难。2母材功用解析2.1母材焊接性本实验母材材质为QE，交货前提为热轧状况，供货公司供应的质保书给出了其化学成份与力学功用，别离见表1、表2。表1母材QE的化学成份（品质分数）（%）表2母材QE的力学功用对母材的焊接性解析采纳碳当量法，碳当量的筹划抉择国际焊接学会推举的公式，即由式（1）可知，母材QE的碳当量筹划值为0.38%。关于板厚＜20mm的钢材，当碳当量＜0.4%时，淬硬偏向不大，焊接性精良，焊前不需预热[1]。本实验采纳厚度为20mm+20mm板对接和32mm+25mm板对接，且碳当量较低，因而当处境温度不低于5℃时，其淬硬偏向不大，焊前不需预热。2.2母材热裂纹敏锐性钻研讲明，当热裂纹敏锐系数HCS≤4时，寻常不会孕育热裂纹。跟着HCS值增大，材料的热裂纹敏锐性增进[1]。因而，依照HCS值巨细也许判定母材QE的热裂纹敏锐性。HCS的筹划公式为经过式（2）筹划得出QE钢的热裂纹敏锐指数为0.40。因而可知，母材QE的热裂纹敏锐性较低，只需采纳符合的焊接材料及焊接工艺，就也许避免焊接热裂纹的孕育。2.3磋议应力状况主梁盖板对接磋议在车底架中的地方散布如图1所示，磋议的受力状况默示如图2所示。a）磋议在车底架中的地方b）主梁高低盖板对接磋议布局图1主梁盖板对接磋议在车底架中的地方散布（车底架底面向上）a）装置柴油机前

b）装置柴油机后

图2磋议受力状况默示

车底架焊接完竣后，在装置柴油机前请求车底架上挠度为35～40mm，其形态和受外力情景如图2a所示（不思量自重）。当装置柴油机后，车底架遭到柴油机约25t的重力影响，使其产生变形，此变形恰巧对消车底架的上挠变形，而使其处于水准状况，如图2b所示。显然，装置柴油机后，主梁盖板对接焊缝根部遭到拉应力，而表脸部份遭到压应力。别的，在机车运转时，该焊缝还遭到来自柴油机活塞来去活动引发车身震荡的交变载荷。由图1、图2可知，主梁盖板对接焊缝的应力级别较高，况且应力状况繁杂，因而必需对其焊接品质停止矜重的管制。3焊接结晶裂纹的避免方法拟定符合的结晶裂纹避免方法，须要从影响结晶裂纹的冶金要素和力学要素两方面入手。冶金要素重要思量合金元素和一次结晶布局状况对结晶裂纹的影响，也便是要思量焊接材料的抉择与焊接参数的管制题目；力学要素重要思量磋议刚度、拘谨度和焊策应力题目，即何如下降磋议的刚性拘谨、正当安顿焊接顺次及安排焊道，以及管制焊接热输入从而减小焊接热应力和布局应力等[2]。本实验分离理论情景，重要从如下几方面管制和避免结晶裂纹的孕育。3.1焊接材料的抉择本实验采纳的药芯焊丝为TWE-Ni2，实芯焊丝为ER50-6，两者熔敷金属的化学成份及力学功用别离见表3、表4。表3药芯焊丝TWENi2熔敷金属的化学成份及力学功用表4实心焊丝ER50-6熔敷金属的化学成份及力学功用相比表1和表3的化学成份可知，母材和药芯焊丝TWE-Ni2化学成份差异最大的是Ni，药芯焊丝Ni含量是母材的近57倍。Ni是激烈的γ相不变元素[3]，它使焊缝的一次结晶布局由δ相改变成γ相，而S、P在γ相中的消融度比在δ相中低不少，这将增进S、P在晶界偏析，增大结晶裂纹偏向。别的，S、P还能孕育NiS（熔点℃）、FeS（熔点℃[4]）、Fe3P（熔点℃[4]）等低熔点化合物及NiS-Ni（熔点℃）、FeS-Fe（熔点℃）、Fe3P-Fe（熔点℃）等低熔点共晶布局，它们极易在焊缝结晶流程中，在固相线四周孕育残剩液相，并在应力的影响下产生沿晶开裂，孕育结晶裂纹。别的，药芯焊丝TWE-Ni2中w(S+P)=0.%，相当于母材QE中S、P含量之和的两倍，这便成倍地增进了焊缝金属结晶裂纹的敏锐性。相比表2、表3的力学功用数据可知，药芯焊丝熔敷金属抗拉强度高于母材金属，两者孕育超强般配，焊缝强度多余，但韧性严峻不够，焊缝抗裂本事下降。因而，为了保证焊接磋议具备精良的综协力学功用，既保证充足的强度，又具备较高的韧性储藏，因而应以采纳母材与焊接材料的低强般配为好。别的，采纳药芯焊丝打底焊时，电弧软和、挺度小，难以伸至坡口根部死角，孕育根部熔合不良；焊道较薄，熔深浅，承载本事不够，这也是焊缝开裂的重要道理之一。由表4看来，实芯焊丝ER50-6的Ni、S、P等元素含量均较低，C、Mn含量略低于母材，有益于下降热裂纹的敏锐性；其熔敷金属抗拉强度略低于母材，可完竣低强般配，保证磋议具备精良的综协力学功用，有助于避免裂纹孕育；其电弧较硬、挺度大，可伸至根部死角，熔合精良；焊道厚，熔深大，能增进焊道对拘谨应力及焊后残剩应力的秉承本事。因而，采纳实芯焊丝打底焊时，也许增进打底焊道的承载本事，下降其开裂偏向。采纳药芯焊丝填充盖面，可完竣后续焊道的气渣连合爱护，下降孕育气孔的偏向，保证磋议强度，还可缩小飞溅及后续算帐做事，下降做事量。综上可知，采纳实芯焊丝ER50-6打底+药芯焊丝TWE-Ni2填充盖面复合工艺是相比志愿的避免结晶裂纹孕育的方法之一。3.2管制焊接热输入焊接热输入对焊缝一次结晶布局的状况影响较大。过大的焊接热输入会孕育一次结晶布局的晶粒度增大，晶界面积减小，结晶的方位性坚固，加重S、P等杂质元素的晶界偏析，结晶裂纹偏向增大。因而，必需矜重管制焊接热输入，管制磋议的晶粒度与磋议布局，避免过量强悍的柱状晶孕育。须要时也许边焊接边敲击焊缝周边，打乱焊缝凝凝聚晶方位，起到细化晶粒的影响，避免强悍、方位性强的柱状晶孕育。实验采纳的焊接参数见表5。表5实验采纳的焊接参数3.3减小坡口空隙坡口空隙较大时，打底焊道相对较薄，不光抗拉本事低，抗裂功用差，况且还会放慢焊道的冷却速率，孕育较大的焊接热应力，这越发不利于避免裂纹孕育。因而，本实验将坡口空隙由从来的6～10mm减小至4～6mm，可合适增进打底焊道的厚度，缓解焊后冷却速率，从而能灵验避免裂纹的孕育。3.4预制反变形往常焊接前，为了保证组装的精度，均采纳重物压紧的刚性拘谨法，会使焊缝孕育相当大的拘谨应力，这也是打底焊道轻易开裂的严重道理之一。本实验对车底架主梁预制适当的反变形，从而去除刚性拘谨，既消除了焊接磋议的拘谨应力，下降了焊缝开裂偏向，又保证了主梁的装置精度。4实际成果上述一系列方法实际后，打底焊道中间纵向结晶裂纹产生的几率显著下降，由从前的38%下降到5%。这不光避免了大批的焊缝返修做事，还使母材免去了因缺点切割、补焊带来的再次受热，从而下降了磋议布局晶粒粗化的几率，灵验保险了机车车底架的品质平安。别的，采纳实芯焊丝停止打底焊，获患了充足的熔深，根部死角的焊透性好，灵验避免了根部及坡口未熔合等缺点，进一步保险了焊接品质。5终了语1）采纳药芯焊丝TWE-2Ni焊接QE钢板对接打底焊道时，孕育结晶裂纹的重要道理是：TWE-Ni2中含有大批Ni，孕育焊缝一次结晶布局中γ相大幅增进，使S、P等杂质消融度下降，晶间偏析水准显著增大；在焊缝凝结时，Ni与S、P等元素在固相线四周孕育液态的低熔点化合物或低熔点共晶布局，在应力影响下孕育结晶裂纹。2）经过采纳实芯焊丝打底、药芯焊丝填充盖面的复合焊接工艺，同时采纳管制焊接热输入、减小坡口空隙、预制反变形及去除刚性拘谨等方法，灵验地阻拦了打底焊道中间纵向结晶裂纹的孕育，裂纹产生率由从前的38%下降到5%。

参考文件：

[1]李亚江.焊接冶金学——材料焊接性[M].北京：呆板产业出书社，.[2]李金龙，焦锐，胡伟.铝合金城际动车底架枕梁垫板焊接裂纹管制[J].金属加工（热加工），（5）：77-78，85.[3]陈祝年.焊接工程师手册[M].北京：呆板产业出书社，.[4]长崎诚三，平林真.二元合金状况图集[M].刘安生，译.北京：冶金产业出书社，.本文公布于《金属加工（热加工）》年第6期28~31页，做家：中车戚墅堰机车有限公司何东英、张忠，原题目：《大功率内燃机车车底架焊接裂纹管制》。投稿应知

《金属加工（热加工）》杂志投稿范畴：先进焊接工艺与本领，焊接品质治理，焊接设施与材料的研发，无损探测，切割下料，前沿金属材料钻研，适用的热处置工艺，热处置设施的开采，材料探测与解析，热温衡量与管制，零件生效解析、激光加工、增材建立（3D打印），锻造工艺与设施、锻造材料等。

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