研究开发文章编号:1007石03452013)03刀001刀4GE柴油机曲抽平衡块悍接工艺介析与研究方荣良,徐春林,章摘琳,刘修艳(南车戚墅堰机车有限公司,江苏常州2130一)要:GE机车柴油机曲轴平衡块采用焊接方式连接\"通过时GE曲轴平街块解%1试验分析表l明:GE曲轴平衡块焊接接头形式为K型时接接头;焊缝未采用全焊透形式;采用强度等级低于母材的焊接材料;采用多层多道焊和先焊中间焊缝再焊端部焊缝等焊接工艺;焊后的热处理工艺为正火处理\"根据解剖试验分析结果和焊接工艺分析,进行了焊接试验,试验结果表明,42CrM\"与0,异种钢焊接接头力学性能不低于母材(220行钢)指标,焊接质量可达到预期要求,为引进!消化!吸收GE柴油机曲轴的制造技术打下了基拙\"关键词:曲轴平街块;GE机车;柴油机;焊接工艺中图分类号:TK413.3+1文献标识码:AAnalysisandresearehofweldingteehniquesforthecounterweightonerankshsftofGEdieselenglneFa月9Rong一公ng,XuChun#in,ZhangLin,Liuxiu一anl(CSRQishuyanInstituteCo.,Ltd.Changzhou,Jiangsu213011)Abstract:Theeounterweight15eonneetedtotheerankshaftofdieselengineforGEloeomotivebymeansofwelding.Cuttinginspeetionofrheeounterweightindieatesthattheweldingproeessesadoptedfortheeounte,eightineludeK一shapedjointform,theweld15noteompletelypenetrated.thestrengthoftheweldingmaterials15lowerthanthatofthesubstratematerial,multi一layerandmulti一passweldingteeh-niquesareapplied,theweldingoperationstartfromthemiddleand15thenfollowedbyendwelding,nor-malizingproeess15usedaspost一weldheattreatment.Weldingtest15earriedoutbasedoneuttingtestandanalysisofweldingproeedures,andthetestresultsshowthatthemeehaniealpropertiesof42CrMosteelasdissimilarsteelweldingjoint15nolowerthanthatofthesubstrate520#steel),theweldingquality15uptotheteehniealrequirements,whiehhaslaidafoundationfurtheintroduetion,digestionandab-sorptionofthemanufaeturingteehnologyfortheerankshaftofdieselengineonGEloeomotive.Keywords:eounterweightforerankshaft;GEloeomotive;diesel:weldingproeedure0引言从美国GE公司引进的HXNS型机车,其柴油机块的焊接工艺性能如何!焊接接头能否满足曲轴设计要求\"针对上述问题从曲轴实物解剖试验和焊接工艺试验这2个方面来分析研究\"曲轴平衡块采用焊接方式连接\"为消化!吸收GE曲轴制造技术,达到国产化生产的目的,需要对GE1GE曲轴平衡块解剖试验以GE公司内燃机车7FDL柴油机曲轴(简称曲轴平衡块的焊接接头进行摸索和分析\"分析的目的:一是要确定GE曲轴平衡块焊接接头的设计要求(接头形式!质量要求);二则需了解GE曲轴平衡GE曲轴)为例来分析研究\"GE曲轴长4.sm左右,毛坯重达3t,如图l!图2所示\"解剖检验步骤:先采用X射线(或超声波)!磁收稿日期:2012一05一10作者简介:方荣良(1952一),男,高级工程师(公司首席工艺师),本科\"粉检验以了解焊缝内外部质量要求;宏观金相检验以了解焊接接头形式(坡口!钝边!间隙!焊接层数等);微观金相检验以了解焊缝!熔合线!热影响区l研究开发机车车辆工艺第3期2013年6月参考和利用GE曲轴的解剖检验结果,进行类比分析,初步确定GE曲轴平衡块的焊接质量!接头形式!焊接方法!焊接材料等基本要求\"1.1探伤检验对6块GE曲轴平衡块进行了外部磁粉探伤和射线探伤\"磁粉探伤曲轴平衡块焊接接头部位未发图1GE曲轴实物示意现明显缺陷;射线探伤发现焊缝根部有未焊透现象\"1.2解剖试验宏观金相检验见图3!图4;微观金相检验见图5一9;硬度试验见表1\"图2GE曲轴平衡块焊接(局部)的组织;焊缝化学分析以了解采用的焊接材料及对焊缝化学成分的影响\"图3焊缝横截面图4焊缝纵截面图5平衡块基体:图6平衡块热影响区图7焊缝组织图8曲轴侧热影响区正火组织图9曲轴基体:网状铁素体十珠光体HV10铁素体+珠光体表l母材(平衡块)111!111!112焊接接头各区域硬度值熔合区焊缝热影响区热影响区熔合区(平衡块侧)113!113!117母材(曲轴)(平衡块侧)108!111!108(曲轴侧)131!124!127168!154!162(曲轴侧)183!191!182200!205!2141.3化学成分分析(表2)表2焊缝化学成分%缝根部有明显的未焊透现象\"可见GE曲轴平衡块焊缝内部允许存在未焊透;仅焊缝外表面不允许有焊接缺陷\"材料平衡块曲轴焊缝\"(C)田(51)\"(Mn)0.210.330.080,220.290.780.610.541.51\"(P)0.0120.0130.009\"(S)0.0160.0090.018\"(Cr)0.060.960.15\"(M\")0.030.170.041.4.2焊接接头形式分析从解剖试样的宏观金相图看,坡口角度为45/的K型坡口,而且钝边厚度较大,间隙较小,是造成根部未焊透的原因\"1.4.3焊接接头组织分析1.41.4.1GE曲轴解剖试验结果分析焊接质量分析磁粉探伤:GE曲轴平衡块经实际运用,焊接表从图5一9及表1可知,GE曲轴的组织状态为面未发现裂纹等其他缺陷\"射线探伤:平衡块焊接接头发现焊缝根部有未焊透现象\"宏观金相:从宏观金相检验的图孰图4,可见焊2网状铁素体+珠光体,是正火组织,其维氏硬度值也不高,可见GE曲轴最终热处理为正火处理\"1.4.4材料分析从表2可知,曲轴!平衡块!焊接材料分别相当方荣良,徐春林,章琳,刘修艳GE柴油机曲轴平衡块焊接工艺分析与研究于国产35CrM\"钢!20#钢!E50一T一l药芯焊丝\"1.4.5焊接工艺分析2.1焊接工艺试验材料根据GE曲轴平衡块的解剖试验分析结果,确定采用国产材料进行焊接工艺试验\"焊接工艺采用实芯或药芯焊丝气体保护焊接方法;焊接时采用多层多道!正反面交错焊接;焊缝主要部分先焊接,待曲轴平衡块焊缝两端清理后再进行端部焊接\"曲轴材料:42CrM\"(碳含量较35CrMo高些);平衡块材料:20#钢(GB/T699);焊接材料:TwE一711(E501T一l)药芯焊丝,所采用材料的化学成分见表3\"2GE曲轴平衡块焊接工艺试验表3材料20仲42CrMoE50lT一l试验材料化学成分\"(P)0.0350.0350.03\"(C)0.17~0.230.38~0.45田(S,)0.17一0.37\"(Mn)0.35一0.650.50一0.80\"(S)0.03500350.03.(Cr)0.250.90~1.20.(Mo)0.300.15,0.350.17一0.372.2焊接性分析42crMO属中碳调质钢,其碳含量较高(\"(c)=意焊接变形\"第1!2层焊接电流200一230A;电弧电压20一23V;其他层焊接电流240一270A;电弧电压24一26V\"焊接层数和顺序见图11所示\"焊后0.35%一0.45%),并含有较多的合金元素(如Mn!i!scr!M\"!v等),碳当量较高,中碳调质钢淬硬性立即将焊接试板放人300e炉内保温3h,然后随炉冷却\"好,可达很高的强度和硬度,屈服强度可达800-1100MPa,但韧性相对较低\"在焊接时,焊接接头的热影响区极易产生硬脆的马氏体,具有很大的冷裂敏感性;再则,42crMO与20-钢的焊接是典型的异种钢焊接,会造成焊接接头区域的成分!组织!性能的不均匀性,给焊接带来很大的困难\"根据GE曲轴平衡块解剖检验的分析结果及42CrM\"+20.异种钢焊接性的分析,选择国产钢材与焊接材料;采用合理的焊接接头形式!焊接方法!焊接工艺(焊接参数!预热!缓冷等)!焊后热处理等工艺措施,进行GE曲轴平衡块的焊接工艺试验\"2.3试板焊接2.4图11焊接层数和顺序示意图焊后热处理按GE曲轴热处理工艺进行喷雾正火处理:升温至(650士10)e,保温2一3h,再升温至(880土2.3.1焊接接头形式10)e,保温6一7h,出炉喷雾冷却,回火520e-550e,保温巧h左右,出炉空冷\"2.5焊接试板理化检验焊接试板尺寸200mmx350mmx50mm,42CrMo!20/钢各l块组对而成,接头形式如图10\"磁粉检验:未发现裂纹等缺陷;X射线检验:焊缝为I级(GB/T3323一2005),力学性能检验见表4!表5;宏观金相检验见图12;微观金相检验见图3一117;硬度试验见表6;化学成分分析见表7\"表4拉仲试验焊接接头拉伸!弯曲试验弯曲试验汀.1\\哪图10焊接接头示意图编号腻断口01一0101一02440440编001一03!01一0401一05!01一06侧弯(a:180/D:4t)2.3.2焊接工艺母材母材合格焊前预热温度250e一300e,并保持层间温度不低于250e\"采用多层多道!正反面交错焊接,注研究开发表5焊接接头冲击试验机车车辆工艺第3期2013年6月编号01一0801一1101一1401一15缺口位置熔合线:42CrMo侧焊缝Aku/J(常温)111!97!147147!147!147147!147!145熔合线:20#钢侧42CrMo75!75!73图142了钢侧热影响区图15焊缝组织图12焊接接头宏观金相图1320.基体:铁素体+珠光体图12CrMo侧热影响区表6焊接接头各区域硬度值(注:图中近根部黑色斑点为气孔)图1742CrMo基体:回火索氏体HV10母材(20毋钢)114!122!118热影响区(20.钢侧)128!116!119熔合区(20禅钢侧)122!114!129焊缝熔合区(42CrMo侧)热影响区(42CrMo侧)213!282!253母材(42CrMo)270!284!285130!122!122188!193!191表7材料焊接试板化学成分田(P)0.016采用国产药芯焊丝气体保护焊方法;采取减小曰(Cr)田(Mo)00q!q-内8U一,0pn飞\"(C)\"(51)\"(Mn)l726,-J-\"(S)0.0200.020011钝边厚度!增大接头间隙!保证第一道焊缝的清根打磨和封底焊缝质量,可以避免焊缝根部产生未焊透缺陷\"采取试板焊前预热;焊接过程中保持层间温度;选用合适的焊接参数;焊后保温!缓冷!热处理;焊接时采用多层多道!正反面交错焊接等工艺措施\"42CrMo426200130.023焊缝0.060.49100082.6焊接工艺试验分析2.6.1焊接质量分析焊后经磁粉!X射线探伤未发现裂纹!未熔合!未焊透等危害性缺陷,仅在焊缝根部发现气孔缺陷,试板的焊接质量优于GE曲轴平衡块的焊接质量\"从焊接工艺试验的拉伸!弯曲!冲击试验数据(表4!表5)可见:焊接接头的抗拉强度达440MPa3结论(l)从GE内燃机车柴油机曲轴平衡块解剖试验分析可见,GE曲轴平衡块焊接接头形式为K型对接接头;焊缝未采用全焊透形式;采用强度等级低于母材的焊接材料;采用多层多道焊和先焊中间焊缝,再焊端部焊缝等焊接工艺;焊后的热处理工艺为正火处理\"且断于2丫钢母材,说明焊缝强度和塑性满足异种钢焊接接头的要求;焊接接头的熔合线(42CrM\"侧!20#钢侧)!焊缝冲击值(Aku)高于42CrMo材料(喷雾冷却正火+回火热处理试验)的冲击值\"2.6.2焊接接头组织分析从图13一17及表6可知:焊接试板42CrM\"基体的组织状态为回火索氏体,是调质组织;焊接试板的热处理工艺为喷雾正火十回火,焊接试板体积较小,冷却速度较快,相当于调质处理;其维氏硬度值亦比GE曲轴硬度值高,其碳当量较高也是因素\"2.6.3焊接工艺分析(2)国产化材料焊接试验结果表明,42CrMO与20#异种钢焊接接头力学性能不低于母材(20#钢)指标,焊接质量达到预期要求\"上述国产化试验为GE曲轴平衡块的实物焊接提供了试验依据,为引进!消化!吸收GE柴油机曲轴的制造技术打下了基础\"(编样:施翠燕).
