铸造构架焊修工艺分析

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1概述

我公司自2003年开始生产铸造构架（如图1）。由于其结构设计的复杂性造成其铸造难度较大，每一只构架都要进行焊修。在工作中，我们总结出了很多操作技巧，对解决构架的焊修质量问题有很大的帮助。1.1产品结构特点。该产品的整体尺寸较大，外形尺寸为5738mm×2540mm×460mm。结构复杂，为大型框型薄壁铸件，且壁厚不均。三横梁及导框等厚大部位厚达140mm，其余壁厚一般在16mm~30mm之间。由于存在大面积薄壁区域，使得流经这些区域时钢液中的杂质不能及时上浮，极易形成夹砂。而在壁厚过渡的地方，凝固收缩受阻等地方，热应力不能有效释放，极容易出现裂纹。1.2产品质量要求。该产品要求整体X射线探伤，关键区域的拍片等级要不低于IV级，非关键区域要不低于V级。评级标准为美国NFA04-160。由于该产品为车辆转向架的关键零部件，用户要求整体X射线照相检查，共布片近700余张。随经过生产工艺改进，但在现在的正常生产过程中仍需拍片140张左右。1.3铸件材料要求。构架铸件材料的化学成分和力学性能应符合美国标准AARM-201中B级钢的要求，具体见表1和表2。

2构架铸件焊修过程常见问题

构架经常性存在的超标铸造缺陷有裂纹、夹砂（渣）、疏松等铸造缺陷。图2中为构架局部开口裂纹。经常需要大面积缺陷清挖、焊补，工作量很大。

3应对措施

3.1制定焊修工艺、提高焊补效率。根据产品的结构、材料性能要求以及铸件上的缺陷性质，结合生产实际情况，制定相应焊修工艺方案。并准确地排布缺陷位置、仔细地清除缺陷，对焊补过程一丝不苟。3.2焊修方法及焊材选择。焊接方法采用常见的CO2+富氩混合气体保护焊接法。依据母材的组织成分及力学性能要求，我们选择牌号为ER50-6的焊丝，焊丝粗细为1.2mm。焊丝的微量元素见表3，力学性能见表4。3.3确定焊接工艺参数。为确保铸造构架缺陷的焊修质量，并能使焊修部位X射线探伤检查合格，焊接工艺参数的确定显得十分重要。具体焊接参数见表5。

4简要焊补操作过程

4.1对片工作。首先，根据X射线拍片的缺陷布片图在铸件上逐一比对、画出。这项工作是要对该产品的结构和它的铸造工艺要有一定的了解，所以该产品在焊前对片工作显得很关键，要具有丰富的实作经验。4.2焊前缺陷的处理。对已经标注出的铸造缺陷位置，无论是裂纹还是夹砂、疏松，均采用氧乙炔气割的方法将缺陷全部清除，并开出相应的U型焊接坡口，坡口角度要大于60度以上，坡口形式如图3。对加工好的坡口及两边20毫米范围内进行打磨处理，清理表面的油污锈蚀和杂质。凹凸不平处打磨到圆滑过渡。检查坡口及缺陷是否清除。应用磁粉探伤来确认坡口内缺陷是否已彻底清除。4.3焊前预热。为防止焊接时焊接区温度聚升，使局部应力增加而产生裂纹等缺陷，焊前需对周围区域进行预热，创造一个应力的“缓冲区”。一般预热温度在100℃左右。预热操作还可以减少焊接区的吸附水分，防止产生焊接气孔。4.4施焊。平焊应使用，同时可根据该产品的工作条件，它不允许焊接电弧的非铸件表面。见图4。焊到两边缘时，焊丝头要稍作停留回拉，以便焊透，确保融合、熔池饱满，减少焊接缺陷（图5）。多层焊补时应注意焊缝层间温度应控制在300℃以内，以便释放焊接热应力。尽量不连续施焊，以防温度过高，产生焊接热裂纹。焊完每层后用铁锤敲打焊缝及周围热影响区，以减少焊接应力（避免在200°-300°锤敲）。盖面焊时，焊缝两边口处需焊透，融合好，以防咬边。对焊接表面进行外观检查，焊缝一般高于基面1~2mm，焊缝相交处应平缓过渡。构架的焊接变形容易导致产品关键功能尺寸超出设计要求、后期的机加工余量不足等问题。在前期的试制阶段，由于焊接变形较大，为保证产品关键尺寸，进行大量的矫直工作。故而，在我们补焊时除了要控制好层间温度外，还要控制好热应力区域的分布，避免热应力区域过于集中，导致构架翘曲变形。4.5焊补质量检查。焊补区域一般冷却至300℃以下时就可以重新进行X射线拍片检查了。对于拍片发现的缺陷需要重新进行挖片-焊补操作。

5结语

铸造构架通过制定合理的焊接工艺，使每一次焊修率合格率稳步上升，焊修返片率从原来的60％下降到15％以内，大大降低了生产成本，还节约能源，提高了功效，降低了运输成本。在不断地对该型铸造构架的焊修过程中，提高了我们的焊接技术水平，为公司降低了生产成本，对做好其它产品的焊修工作也有很好的借鉴意义。

参考文献：

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作者:刘军 朱黎明 陈勇 单位:中车戚墅堰机车有限公司