李喆，徐佳，衛(wèi)志龍，王振波

（中車大連機(jī)車車輛有限公司，遼寧 大連 116022）

HXD3C 型機(jī)車是我公司電力機(jī)車的主力車型，目前該車型機(jī)車陸續(xù)展開C5、C6 修工作，因軸箱體端蓋在運(yùn)用保養(yǎng)時(shí)拆卸次數(shù)較多，在檢修過程中發(fā)現(xiàn)部分軸箱體M20×1.5 螺紋孔存在斷扣、亂扣的問題。為了降低檢修機(jī)車成本，修復(fù)損壞的螺紋孔成為機(jī)車檢修勢在必行的工作。HXD3C 機(jī)車軸箱體材質(zhì)為C 級鋼且碳當(dāng)量較高、可焊性較差，而常用焊接修復(fù)又會(huì)造成母材變形及裂紋，加上其螺紋孔的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，用鑲嵌鋼絲螺套修復(fù)無法保證軸箱體整體強(qiáng)度，所以給檢修工作造成了很大困難，故嘗試采用冷焊技術(shù)修復(fù)軸箱體螺紋孔。

1 冷焊焊修技術(shù)的原理

冷焊修復(fù)技術(shù)是新型技術(shù)，現(xiàn)已得到廣泛應(yīng)用，因其本身的特點(diǎn)，當(dāng)傳統(tǒng)焊接修復(fù)方法不滿足時(shí)，冷焊修復(fù)技術(shù)起到至關(guān)重要的作用。冷焊的主要特點(diǎn)是熱影響區(qū)域小，基材損傷小，無應(yīng)力集中、變形、裂紋等優(yōu)點(diǎn)?；呐c補(bǔ)材完全冶金熔合，焊補(bǔ)強(qiáng)度高，可承受車、銑、刨、磨等機(jī)械加工，致密不脫落。修補(bǔ)金屬范圍廣泛，除黃銅、鋅等電阻率極低的材料外，各種導(dǎo)電性金屬材料均可修補(bǔ)。其原理主要通過微電弧短時(shí)間快速放電所產(chǎn)生的高熱能將焊絲熔合并覆到零部件的破損區(qū)域，并能和原有母材牢固的熔合連接，焊修后只需要很少的工序即可，如打磨，拋光等。冷焊機(jī)工作原理主要是通過充電電容，周期為10-3～10-1s，時(shí)間為10-6～10-5s進(jìn)行放電，由于放電時(shí)間間隔非常短，冷焊設(shè)備有足夠的相對停止時(shí)間，這時(shí)熱量會(huì)快速擴(kuò)散到外部，因此被修復(fù)零部件的位置不會(huì)出現(xiàn)熱量聚集的情況。

2 軸箱體螺紋孔冷焊修復(fù)試驗(yàn)與分析

2.1 試件取樣

從軸箱體母材中取若干試樣，用于工藝試驗(yàn)焊接評定，試樣（C 級鋼）化學(xué)成分見表1，材質(zhì)的主要力學(xué)性能見表2，根據(jù)螺紋孔修復(fù)要求在試樣表面進(jìn)行冷焊修復(fù)，冷焊修復(fù)的設(shè)備選用特制高能微電弧冷焊機(jī)，并選擇等強(qiáng)匹配的焊絲進(jìn)行焊接試驗(yàn)。

表1 試驗(yàn)?zāi)覆牡幕瘜W(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)%）

表2 試驗(yàn)?zāi)覆牡闹饕W(xué)性能

根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)ISO15614-7 金屬材料焊接工藝規(guī)范和評定—焊接工藝評定試驗(yàn)第七部分：堆焊的相關(guān)要求進(jìn)行檢驗(yàn)和試驗(yàn)。

2.2 滲透試驗(yàn)

根據(jù)TB/T 1558.5-2010《機(jī)車車輛焊縫無損檢測 滲透檢測》標(biāo)準(zhǔn)要求對冷焊焊接試塊進(jìn)行著色滲透檢測，檢測的環(huán)境溫度為20℃，檢測部位為焊縫的外表面，滲透試驗(yàn)試件如圖1 所示，滲透檢測分為5 個(gè)步驟，分別為預(yù)清洗、滲透、溶劑去除、顯像及觀察。滲透過程，采用噴涂方式對試件施加滲透劑，滲透時(shí)間10min；溶劑去除，采用擦拭方式進(jìn)行；顯像，干燥一段時(shí)間后，施加顯像劑，顯像時(shí)間為10min；觀察，經(jīng)觀察未發(fā)現(xiàn)線性顯示及非線性顯示。即經(jīng)過著色滲透檢測，兩塊試件焊縫表面未發(fā)現(xiàn)缺陷，驗(yàn)收等級為1 級，檢測結(jié)果合格。

2.3 硬度檢測

按照硬度檢測要求將堆焊好的試塊表面處理好后，選取3 點(diǎn)進(jìn)行測試，試件維氏硬度值分別為202、211、217，平均值為210 與軸箱體母材硬度相近，符合試驗(yàn)要求。

圖1 滲透試驗(yàn)試件

2.4 拉伸試驗(yàn)

拉伸試驗(yàn)按照GB/T228.1-2010 金屬材料室溫拉伸方法執(zhí)行，試件為棒型材料，各尺寸數(shù)值為：d0=1 0 mm，L0=5 0mm，d1=1 2mm，Lc=70，Lt=130mm，h=20mm。如圖2 所示，在常溫下試驗(yàn)結(jié)果為抗拉強(qiáng)度700MPa，屈服強(qiáng)度560MPa，伸長率為15%?？估瓘?qiáng)度值大于C 級鋼規(guī)定的拉伸強(qiáng)度最低620MPa，滿足試驗(yàn)要求。

圖2 拉伸試驗(yàn)試件

2.5 側(cè)彎試驗(yàn)

將堆焊試件側(cè)彎180°，如圖3 所示，試驗(yàn)過程中試件任何方向沒有出現(xiàn)＞3mm 的單缺陷，試驗(yàn)報(bào)告符合要求，如表3 所示。

圖3 側(cè)彎后的試件

表3 側(cè)彎試驗(yàn)報(bào)告

2.6 宏、微觀金相分析

選擇螺紋孔損壞的軸箱體，對其進(jìn)行全螺紋滿焊修復(fù)，將修復(fù)后的螺紋孔進(jìn)行切割，同時(shí)對堆焊后的焊肉進(jìn)行了宏、微金相分析，其中宏觀金相如圖4 所示，焊肉金相組織如圖5 所示，熱影響區(qū)組織圖如圖6 所示。

結(jié)論：從試驗(yàn)報(bào)告中分析得出焊接質(zhì)量良好，未產(chǎn)生裂紋，未出現(xiàn)＞1.5mm 的單個(gè)氣孔，符合試驗(yàn)要求。

2.7 螺紋孔拉斷試驗(yàn)分析

軸箱體是軸箱組裝裝置的關(guān)鍵部件，為確保軸箱體螺紋孔的可靠性，在用新研發(fā)的冷焊工藝修復(fù)后，對螺紋孔進(jìn)行一次拉斷試驗(yàn)。軸箱體M20 螺紋孔安裝螺栓的把緊力矩為385N·m，通過公式：T（把緊力矩）=k·d·P（k=0.25,d=20），計(jì)算出軸向拉力P=77kN。 將8.8 級M20 螺栓以385N·m 的力矩安裝在螺紋孔中，反復(fù)拆裝三次后開始進(jìn)行拉斷試驗(yàn)，當(dāng)拉伸力加載到210kN 時(shí)， 螺 栓 被拉斷，如圖7 所示，拉斷力大于螺栓安裝軸向力77kN。拆除螺栓后檢查螺紋孔內(nèi)沒有任何損壞，符合實(shí)際的使用要求。

圖4 金相檢驗(yàn)試件

圖5 焊肉金相組織

圖6 熱影響區(qū)組織圖

圖7 試件拉斷試驗(yàn)

3 結(jié)語

通過對軸箱體螺紋孔修復(fù)方案的研究，驗(yàn)證了冷焊修復(fù)技術(shù)的可行性，進(jìn)而研發(fā)出修復(fù)軸箱體螺紋孔的焊俢方案，利用研發(fā)的冷焊修復(fù)技術(shù)已開始對HXD3C 電力機(jī)車的軸箱體批量檢修，修復(fù)后運(yùn)用良好，大幅降低了軸箱體的檢修成本，為公司未來檢修市場打下了良好的基礎(chǔ)。