提速車焊接重熔工藝的研究

1.概述 

   鐵道車輛轉(zhuǎn)向架長期以來一直為鑄鋼件，但隨著鐵道高速化的發(fā)展，對轉(zhuǎn)向架提出了輕量化的要求。焊接結(jié)構構架可以根據(jù)需要選用合適的材料，相應地減薄板厚，因此焊接轉(zhuǎn)向架在高速列車中得到了廣泛應用。構架作為轉(zhuǎn)向架重要承載傳遞裝置，直接影響到列車的安全行駛，特別在高速運行狀態(tài)下，強烈的振動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，焊接過程不間斷。 


(3)TIG重熔工藝 施焊時，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程和穩(wěn)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行焊趾TIG重熔試驗。 

3.試驗結(jié)果 

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

由焊縫微觀金相觀察發(fā)現(xiàn)：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 。TIG重熔焊道及其熱影響區(qū)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)脈動拉伸疲勞試驗 該脈動拉伸疲勞試驗按GB/T13816—1992標準進行，試驗循環(huán)周數(shù)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，焊趾進行TIG重熔。③MAG焊后，焊縫不作任何處理。  

   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(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，在焊趾處進行TIG重熔。②MAG焊后不作任何處理。 

試驗結(jié)果見表4，由表可見對于圖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(jié)果分析 

   (1)由對接組疲勞試驗可見，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(shù)據(jù)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(xiàn)這種結(jié)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，使之過渡平滑，但并沒有消除應力集中，而只是改善了應力集中。 

   另外，TIG重熔焊縫宏觀上似乎平整光滑，但在微觀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(xiàn)的 ，最終導致了疲勞數(shù)據(jù)的分散性。 

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

   (3)但對于十字接頭形式，由于在焊縫根部不可避免地存在未焊透現(xiàn)象，因而TIG重熔對疲勞極限的提高不夠明顯，是正常的。事實上，實際結(jié)構中，加強筋式的十字接頭會更多些。 

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

5.結(jié)語 

(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，效果會更好。