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地铁机车双相不锈钢端部底架焊接工艺
发布日期:2017-08-02 18:44
地铁机车双相不锈钢端部底架焊接工艺
 
摘 要:介绍双相不锈钢焊接特点。通过选用合适的焊接工艺参数,完成双相不锈钢焊接工艺评定;采用端部底架焊接工装减少焊接变形;采用射线探伤(RT)、超声波探伤(UT)和铁素体含量检测(FT)对焊接进行探伤和检测。分析机车端部底架整体焊接性能,提出印度新德里地铁机车端部底架双相不锈钢焊接工艺,确定焊接方法、焊机及气体的比例。
关键词:双相不锈钢;端部底架;焊接工艺;印度新德里;地铁机车
 
      奥氏体-铁素体双相不锈钢具有屈服强度高、抗晶间腐蚀能力强、应力敏感性低、焊接时产生热裂纹倾向小等特点。合理控制化学成分和采用热处理工艺,可将奥氏体不锈钢具有的优良韧性、焊接性[1]与铁素体不锈钢具有的高强度、耐氯化物应力腐蚀性能结合在一起。这些优越的性能使双相不锈钢作为可焊接的结构材料得到迅猛发展。
      我国机车端部底架一般采用耐候钢及少量不锈钢。在设计中,耐候钢作为承载应力的主体,仅有少量的不锈钢放在最容易腐蚀磨损的部位,不锈钢一般选用奥氏体不锈钢。双相不锈钢作为机车端部底架在国内尚无应用。由于双相不锈钢具有优异的力学性能及抗腐蚀性能,得到越来越广泛的应用。随着我国轨道交通的发展,已对不锈钢产品在机车底架方面进行一些研究和探索。印度新德里地铁机车端部底架采用奥氏体-铁素体双相不锈钢(见图1),它具有良好的耐氯化物腐蚀性能、耐孔蚀能力、耐疲劳性能[2]、耐磨损性能、综合力学性能、导热性好和膨胀系数小等特点[3]。机车端部底架外形尺寸为3 690 mm×3 045 mm×500 mm,母材材质为X2CrNiMoN22-5-3双相不锈钢,质量1 170 kg。针对机车双相不锈钢端部底架焊接、制造和控制工艺进行研究。

1 焊接原材料
1.1 母材工艺特点
      双相不锈钢的固溶组织中铁素体相与奥氏体相约各占一半,兼有奥氏体和铁素体不锈钢的特点,其主要焊接特点为焊后热裂纹倾向小。
      (1)与铁素体相比,塑性、韧性更高,无室温脆性,耐晶间腐蚀性能和焊接性显著提高,保持了铁素体不锈钢的475 ℃脆性和导热系数高、超塑性等特点。
      (2)与奥氏体不锈钢相比,其焊接热裂纹敏感性小很多。
      (3)与低合金高强钢相比,其冷裂纹敏感性小很多。
      双相不锈钢在焊接热循环的作用下,热影响区处于快冷非平衡态,冷却后保留更多的铁素体,因此增加了腐蚀性倾向和氢致裂纹敏感性。双相不锈钢焊接点有析出σ相脆化的可能,σ相是Cr和Fe金属产生的化合物。σ相的形成一般需要1~2 min,3~5 min增长快速。焊接时应采用小的热输入,并快速冷却,消除应力采用较低的温度。印度新德里地铁机车端部底架采用X2CrNiMoN22-5-3型双相不锈钢,其化学成分见表1。
1.2 焊接材料
      为保证双相不锈钢焊接填充金属的成分与母材相近,选用与母材相匹配的直径为φ1.0 mm的ER2209焊丝,减少飞溅和减少热输入,提高熔合性。ER2209焊丝化学成分见表2。

2.2 端部底架焊接工装
      由于双相不锈钢焊接时变形较大,但其机械性能较好、韧性大,因此焊接完成后调修较困难。在焊缝焊接时,“船”形位置焊接焊缝质量好,外观成形美观,通过运用大型的焊接卡紧工装及变位器,可以将焊接时各焊缝调整到“船”形焊的位置,并利用卡紧工装对整个端部底架进行固定,这样可以减少焊接变形,进而减少焊后调修量。为保证机车双相不锈钢端部底架的焊缝质量,各部分焊接均采用工装变位器,改善熔合性。
 
3 焊接探伤和检测
3.1 射线探伤(RT
      枕梁焊接中,对其上下盖板进行RT探伤,初期合格率仅有50%多,返修浪费大量人力和物力,且工期紧,返修周转期长。通过减少枕梁上盖板坡口钝边,将钝边的1~2 mm降低到0~1 mm,增加其熔合性,同时适当增加第一道焊道参数,改善熔透,提高RT探伤合格率。
3.2 超声波探伤(UT)
      由于不锈钢比碳钢晶粒粗大,超声波衰减严重,增加UT探伤难度。制作不锈钢专用灵敏度对比试块,订做适合不锈钢较低频率的UT探头,提高UT探伤灵敏度,减少UT探伤难度。

3.3 铁素体含量检测(FT
      选用与母材相匹配的ER2209焊丝,保证填充金属的成分与母材相近。采用较大的焊接参数保证焊接热输入,防止填充金属冷却速度过快而产生过多的铁素体相。采用铁素体检测仪对所有焊缝进行检测,保证铁素体含量在30%~70%范围。
 
4 结论
      (1)阐述奥氏体-铁素体的性能、应用特点和焊接性能,了解双相不锈钢兼有奥氏体和铁素体不锈钢的特点。具有焊接热裂纹、冷裂纹倾向均较小,有一定的抗腐蚀性倾向和氢致裂纹敏感性,可焊性良好等特点。
      (2)根据双相不锈钢的焊接特点,分析机车端部底架整体焊接性能,提出印度新德里地铁机车端部底架双相不锈钢焊接工艺,同时经过大量的工艺试验,确定了双相不锈钢焊接时使用的焊接方法、焊机及气体的比例。
      (3)通过制作大型焊接卡具及变位器,减少焊接变形,同时提高焊缝质量。
      (4)双相不锈钢焊接探伤难度大,通过改进工艺参数,解决了RT探伤一次合格率低、UT探伤难度大、铁素体含量检测等难题。
 
参考文献
[1]高娃,罗建民,杨建君. 双相不锈钢的研究进展及其应用[J]. 兵器材料科学与工程,2005,28(3)
[2]屈金山,王元良. 双相不锈钢焊接接头的耐腐蚀性能[J]. 中国有色金属学报,2001(Z1):194-198
[3]张京海. 双相不锈钢焊接技术状况[J]. 材料开发与应用,1995(5)

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