锻造钩尾框的成型焊接

郝福军

摘要：锻造钩尾框采用低碳低合金高强度钢。每只锻造一焊接钩尾框工件上有四条焊缝。焊缝处工件最大厚度达30mm。工件焊接后，成品表面进行磁粉探伤。焊接接头内部进行超声波探伤。由于钩尾框承受很大静载荷、动载荷或长时间作用的交变载荷．若因焊缝质量问题而损坏将会引起重大安全事故和造成极大损失。且该工件的使用寿命为25年，所以锻造一焊接钩尾框的焊缝必须达到I级。

关键词：锻造钩尾框低碳低合金高强度钢超声波探伤I级焊缝

随着铁路“客运提速、货运重载”。改进铁路机车车辆势在必行。作为火车车箱之闯连接体之一的现行铸造钩尾框已不能满足火车运输的需要，通过论证，用新研制的锻造一焊接钩尾框(如图l所示)来替代铸造钩尾框是项有效的办法。图l锻造一焊矮钩尾框样品锻造一焊接钩尾框的制造过程是将圆钢坯锻造成条后打弯形成工件主体，再将两块联接板与工件主体焊接后加工成型。所用的钢坯材料为25MnCrNiMoA钢，是一种低碳低合金高强度钢。每只锻造一焊接钩尾框工件上有四条焊缝。图1上方框内的红线条为焊缝所在位置，焊缝处工件最大厚度达30mm。工件焊接后，成品表面进行磁粉探伤。焊接接头内部进行超声波探伤。由于钩尾框承受很大静载荷、动载荷或长时间作用的交变载荷．若因焊缝质量问题而损坏将会引起重大安全事故和造成极大损失。且该工件的使用寿命为25年，所以锻造一焊接钩尾框的焊缝必须达到I级。

1焊接工艺设计

(1)焊接工艺及方法由于要求焊后焊缝必须达到I级标准，所以对低碳低合金高强度钢焊接接头的强度和韧度要求较高，特别是对冲击韧度的要求高。这类钢对其焊接线能量、预热温度、层间温度的控制更为严格，应采用较小焊接线能量的多层多道焊工艺和小直径焊丝。这样，最合适的焊接方法是气体保护焊，特别是富氢混合气体保护，比例为80%Ar+20%CO2，其优点是:提高熔滴向熔池过渡的稳定性;稳定阴极斑点，提高电弧燃烧稳定性;增大电弧的热功率;改善焊缝成形和外观;控制焊缝的冶金质量，减少焊接缺陷;降低焊接成本。

(2)焊丝的选用根据母材材质和对焊缝的要求以及所采用的焊接方法，经过比较，选用牌号为JS-70和JS-80的焊丝。分别用这两种焊丝进行斜Y坡口焊接裂纹试验来考察25MnCrNiMoA钢焊接裂纹倾向，结果表明，在不预热条件下用JS-70焊接的焊缝根部裂纹率不大于20%，但用JS-80焊接时，裂纹倾向明显减少。故选用JS-80焊丝(相当于ER76-G焊丝，规格为币1.2mm)进行焊接。

(3)焊接工艺参数为了使焊缝与母材很好地融合，焊前对25MnCrNiMoA钢焊道两侧各50mm范围内进行预热，预热温度大于I80度小于300度，焊后应进入炉内保温,采用多层多道焊。

(4)坡口的设计与实验论证根据工件焊缝的形式及厚度设计坡口为双面V形，用上述焊接方法、所选焊丝和焊接工艺进行焊接实验，25MnCrNiMoA钢焊缝金属和焊接接头的力学性能焊缝金属面弯180度未裂，板厚30mm的焊接接头面弯180度未裂。

2检查和检验

目测焊缝及两侧20mm范围内不得有任何裂纹、夹渣、气孔、弧坑和咬边等缺陷。焊缝及打磨区域的磁粉探伤符合相关技术要求和标准;焊接接头的超声波探伤检查符合相关要求和标准。

焊接要求：

①保证焊接时环境温度不低于5℃，焊接前要求对待焊区进行均匀预热，预热温度230-270℃，并在坡口50mm范围内去除毛刺、氧化皮、铁垢和油污，自引收弧板外端1/3-1/2处起收弧，采取多层多道焊接，焊接时电流220-280A，电压24-30V，除打底外焊道厚度≯4mm。层间保温210-300℃，清理层间飞溅、药皮，无杂物并填写《__型锻造钩尾框焊接过程监控记录》，填写检查频次为100%；

②焊后应在30分钟之内进行保温处理，保温温度不低于300℃，时间不短于30分钟，肉眼观察焊缝及两侧20mm范围内不得存在缺陷，并填写《__型锻造钩尾框焊后保温过程监控记录》，填写检查频次为100%

③焊缝打磨必须与实体衔接良好，无凹下、磨伤等缺陷。焊缝打磨引收弧处不得存在肉眼可见缺陷，如有则清楚为止。打磨后该处不得小于实体2mm。操作者对的打磨产品外观100%全检。如果发现存在缺陷，需分区域存放统一处理。

探伤要求：

探伤时机

锻造钩尾框焊缝交验探伤应在焊后冷却至室温24小时后进行。

焊缝外观及探伤表面经检查合格后，方可进行探伤。

焊缝探伤应在调质处理前进行。

探伤部位如进行焊修，应在焊修完成冷却至室温24小时后进行磁粉和超声波探伤。

②探伤区域

焊缝及其热影响区。

③探头移动区表面要求

探头移动区应清除焊接飞溅、锈蚀、油垢、氧化皮等影响耦合的杂物,探伤表面应平滑,必要时应打磨光滑,以保持良好的声学耦合。

④探头移动区

4P8×10K2探头用于焊缝两侧扫查，连接板侧移动区应大于110mm。

4P6×6β40°FG5、4P6×6β40°FG30探头用于钩尾框焊道及焊缝两侧进行扫查，连接板侧移动区域应大于50mm。

⑤探伤检验

采用单面双侧锯齿形扫查，扫查速度不大于150mm/s。探伤扫查时灵敏度不低于评定线，即评定线波高在显示屏上应不低于20%～30%左右；实际探伤时应视工件表面耦合状况,补偿3～6dB。

为探测纵向缺陷,探头应垂直于焊缝中心线放置在探伤面上作锯齿形扫查,每次前进齿距不得超过探头晶片直径,在保证探头与中心线垂直的同时分两次成180°扫查焊缝内部缺陷，还应作10°～15°左右的转动，探头前后移动的范围应保证探头入射点达到探头移动区域边界，以保证扫查到全部焊缝截面和热影响区。

为发现焊缝和热影响区的横向缺陷,应使探头与焊缝成10°～45°夹角作平行或斜平行扫查,此时灵敏度应提高6dB。

为了确定缺陷的情况,还可采用前后、左右、转角或环绕等探头移动方式。

对反射波幅超过评定线的反射波,应根据探头位置、方向、反射波的位置及焊缝结构情况,判断其是否为缺陷，判定为缺陷的部位应在焊缝表面做出标记。

3焊缝焊修

检查发现不合格焊接缺陷时，应予以焊修。采用机械加工或磨修方法去除缺陷(不得使用气割或电弧气刨)，焊修方法按本工艺与焊接相关的步骤及要求进行，焊缝焊修的次数不得超过两次。

4结语

虽然E级钢的焊接性较差，但通过以上工艺试验及批量生产试验，结果表明:锻造锻造钩尾框的MAG焊接方案选择正确，焊丝及工艺参数合乎生产实际，焊接顺序安排合理，焊接坡口及清理切实可行，焊接修补工艺制定稳妥。通过严格的焊接工艺、焊接过程控制，有效地杜绝了E级钢钩尾框焊缝冷、热裂纹的产生，焊缝精度满足尺寸要求，其焊接接头的力学性能满足技术条件对焊缝质量要求。如今，本焊接工艺在铁道车辆锻造钩尾框的焊接生产中上得到广泛应用。