地铁机车双相不锈钢端部底架焊接工艺.doc

专业知识分享版 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 mm3 045 mm500 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相脆化的可能，相是Cr和Fe金属产生的化合物。相的形成一般需要12 min，35 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1.0 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12 mm降低到01 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。 使命：加速中国职业化进程