電動輪汽車關(guān)鍵部位裂紋的應(yīng)急處理

羅亮，童憲華

(1.長沙博厚工程機(jī)械有限公司，湖南長沙 410004;2.江西銅業(yè)集團(tuán)公司德興銅礦，江西德興 334224)

電動輪汽車關(guān)鍵部位裂紋的應(yīng)急處理

羅亮1，童憲華2

(1.長沙博厚工程機(jī)械有限公司，湖南長沙 410004;2.江西銅業(yè)集團(tuán)公司德興銅礦，江西德興 334224)

電動輪汽車的許多關(guān)鍵部位都是用高錳鋼材料制作而成。對關(guān)鍵部位裂紋的焊接處理，在采用“正火處理焊縫”方法之后，能有效消除焊接應(yīng)力，提高焊縫及附近區(qū)域的綜合機(jī)械性能，滿足正常生產(chǎn)的需要。

電動輪;高錳鋼;裂紋;焊接;應(yīng)急處理

1 概述

電動輪汽車由于作業(yè)環(huán)境及氣候條件差、工作負(fù)荷大，容易造成基礎(chǔ)構(gòu)件、焊接件的失效和關(guān)鍵部位的開裂［1］。一般的焊接方法，往往剛投入使用又從原焊縫開裂，屢焊屢裂，屢裂屢焊，既浪費(fèi)了人力、物力、財(cái)力，又耽誤了生產(chǎn)，給企業(yè)帶來了不同程度的損失。

2 裂紋的產(chǎn)生

電動輪汽車焊接問題比較多的是高錳鋼與高錳鋼的焊接及高錳鋼與碳鋼的焊接。一般情況下，高錳鋼均經(jīng)過了固溶化處理(加熱溫度1060～1100℃，水中速冷，這種熱處理對于高錳鋼也叫水韌處理)。處理后鋼材得到完好的、無磁性的奧氏體組織，有較高的韌性及強(qiáng)度［2］。表面硬度不高，但在受到?jīng)_擊或表面擠壓力的作用時，表面由于冷變形而硬化，即表面硬度大大提高。

在結(jié)構(gòu)件各個接合面焊縫處，卻是最薄弱的地方，這是因?yàn)樵诤附拥臅r候，產(chǎn)生局部的高溫區(qū)及熱影響區(qū)。在高溫區(qū)產(chǎn)生壓應(yīng)力，而在熱影響區(qū)產(chǎn)生拉應(yīng)力，此應(yīng)力使金屬在加熱或冷卻過程中局部組織發(fā)生轉(zhuǎn)變(如馬氏體相變)，引起組織應(yīng)力等。這些殘留在構(gòu)件內(nèi)的焊接殘余應(yīng)力，對結(jié)構(gòu)的性能有很大的影響，正是這些應(yīng)力的存在，使得焊縫處的強(qiáng)度降低、韌性不足而開裂。

3 焊條及焊接方法的選擇

要解決焊接中因韌性不足而開裂的問題，首先是選擇正確的焊條和焊接方法。

高錳鋼與高錳鋼的焊接，一般宜采用D256、D266堆焊電焊條;碳鋼與高錳鋼的焊接，通常采用D276鉻錳不銹鋼堆焊條和Cr19Ni9Mn6鉻鎳錳不銹鋼焊條。特別指出的是，16Mn鋼的焊接宜采用J506(交直流兩用)或J507(直流)焊條。

焊接開始前，應(yīng)注意觀察焊條的含水量，因?yàn)槭艹焙笚l焊接時，容易產(chǎn)生裂紋和氣泡，不利于構(gòu)件的正常使用，所以在焊接時，應(yīng)備一小型保溫筒，予以存放烘干的焊條，并讓溫度保持在50～60℃，這樣才能保證焊條應(yīng)有性能的正常發(fā)揮。

焊接時應(yīng)避免母材受熱過大。焊接后焊縫冷卻慢，則有可能導(dǎo)致高錳鋼的組織變壞，使水韌處理后所得到的奧氏體組織析出碳化物，造成材質(zhì)塑性下降，容易產(chǎn)生裂紋，耐沖擊磨損性能也有所降低。裂紋是指存在于焊縫或基本金屬上的縫隙(如圖1所示)，裂紋多出現(xiàn)在焊縫上，有時也發(fā)生在母材的熱影響區(qū)中。

圖1 焊接裂紋的主要分布

避免母材受熱過大的辦法主要有:

(1)有條件時將高錳鋼放在水中，只露出焊接部位施焊，以避免母材焊接區(qū)域過熱和加速焊接區(qū)域的冷卻。

(2)采用小的電流和小直徑的焊條。在焊接過程中，應(yīng)在焊完一根焊條后，停下來待焊縫不燙手時再繼續(xù)施焊。焊條盡量不做橫向擺動，以保證焊速快些。如果橫向擺動，擺動的擺幅也不要過大(一般不應(yīng)大于焊條直徑的3倍)。

(3)采用散熱墊防止焊區(qū)母材過熱，同時加快焊接區(qū)域的冷卻速度，散熱墊一般采用紫銅板，如有條件最好在紫銅板上鉆孔后通上循環(huán)水。散熱墊愈接近焊縫，防止過熱的效果愈好［3］。

生產(chǎn)實(shí)踐中，在多數(shù)情況下，裂紋往往出現(xiàn)在頭道焊縫和焊根上，這是因?yàn)槟p后高錳鋼的表面有一層塑性差、硬度較高的硬化層，容易沿著這個部位形成焊接裂紋，所以焊接大剛性、大厚度的構(gòu)件時，頭道焊縫的焊接工藝是很關(guān)鍵的。這可以采用加工坡口和焊過渡層(在母材一側(cè)堆焊一層不銹鋼然后再施焊，這層不銹鋼焊層即為過渡層)的辦法，提高頭道焊縫的質(zhì)量;還可以應(yīng)用稍小的電焊條和電流，一次性把待焊接部件焊一道焊縫，在焊接頭道焊縫的過程中，焊條盡量不擺動。

4 高錳鋼焊縫的簡易熱處理

4.1 熱處理的要點(diǎn)和步驟

提高高錳鋼焊接后焊縫的韌性，最有效的辦法是熱處理。

高錳鋼屬高碳鋼和過共析鋼，在鐵－碳平衡圖中，其滲碳體開始從奧氏體中析出的Acm線的溫度范圍是750～850℃。在我國應(yīng)用較多的低合金結(jié)構(gòu)鋼是Q345鋼，它是δb≥350MPa的常用低合金結(jié)構(gòu)鋼，它比Q235低碳鋼僅僅多加點(diǎn)Mn，而屈服強(qiáng)度卻比Q235鋼提高50%。

對高錳鋼焊接區(qū)域的熱處理主要進(jìn)行正火處理。正火的操作為:將工件加熱到Acm線以上30～50℃(具體溫度由高錳鋼中的碳含量決定)，保溫一定時間，然后通過空冷、風(fēng)冷、噴霧等方式冷卻下來，得到片層間距較小的珠光體組織(亦叫正火索氏體)［4］，其特點(diǎn)是正火后得到的珠光體組織組織細(xì)密，彌散度大，從而具有較高的機(jī)械性能。正火的目的是降低硬度，提高塑性，消除焊接產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。

在野外作業(yè)或不具備良好的熱處理能力的條件下，正火熱處理可采用兩把氧乙炔焊槍同時加熱的辦法作應(yīng)急處理。它主要是利用了金屬受熱時膨脹、冷卻時收縮的原理，來控制焊接過程中形成的熱應(yīng)力。在焊前和焊后，選擇適當(dāng)?shù)牟课患訜?，來抵消或減少焊縫應(yīng)力，防止裂紋的產(chǎn)生。

在進(jìn)行熱處理之前，應(yīng)檢查裂紋是否存在，只有焊縫無裂紋的情況下才可進(jìn)行熱處理。兩把焊槍在焊縫的兩側(cè)錯位烘烤，在開始烘烤時，焊槍靠近加熱部位，在溫度達(dá)到800～900℃(用紅外線測溫儀測量)或觀察鋼材表面顏色為淡櫻紅色至亮櫻紅色時，焊槍應(yīng)稍稍離開加熱部位，并且由焊縫的一端向中心傾斜繼續(xù)烘烤，以達(dá)到均勻保溫的效果。保溫5～10min后，熄滅火焰，讓焊接區(qū)域自然冷卻下來。正火時，烘烤溫度應(yīng)掌握在900℃以內(nèi)，否則將出現(xiàn)過熱組織，降低焊縫的沖擊韌性。待溫度降至氣溫時，正火的工作就完成了。正火后焊縫兩側(cè)的區(qū)域會產(chǎn)生一種壓迫焊縫的壓應(yīng)力，以抵消焊縫區(qū)域自然收縮時形成的剩余拉伸應(yīng)力，達(dá)到預(yù)期效果。

4.2 對比性試驗(yàn)

為了使末經(jīng)熱處理的焊縫和現(xiàn)場應(yīng)急熱處理后的焊縫能夠更好地比較，特做了焊縫橫向撕裂破壞、硬度測試和縱向剖面微觀化等對比性試驗(yàn)，試驗(yàn)的結(jié)果見附表。

實(shí)驗(yàn)表明:現(xiàn)場應(yīng)急熱處理后焊縫的機(jī)械性能優(yōu)于不經(jīng)熱處理焊縫的機(jī)械性能，主要體現(xiàn)在:硬度雖有所降低，但塑性卻成倍地提高;熱處理后得到的珠光體組織具有組織細(xì)密、彌散度大的特點(diǎn)，使焊縫綜合力學(xué)性能得到改善;兩者最直觀的差別在于斷裂方式分別是脆性斷裂(末經(jīng)熱處理)和塑性斷裂(熱處理后)。另外，從斷口的顏色看，末經(jīng)熱處理的斷口處有部分黑、藍(lán)、紫等氧化色彩(多靠近根部及弧坑附近)，這說明在焊接的過程中，因焊接區(qū)域受熱不均而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力;熱處理后的斷口顏色基本一致，在焊接過程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力已基本消除［5］。

附表熱處理后與未經(jīng)熱處理的焊縫對比性試驗(yàn)

5 結(jié)論

本文分析了電動輪汽車關(guān)鍵部位焊接應(yīng)力產(chǎn)生的原因和正確選用焊接方法的重要性，提出了現(xiàn)場應(yīng)急熱處理方法。焊縫經(jīng)應(yīng)急熱處理后，結(jié)構(gòu)件的使用壽命及性能均得到了很大的提高，可以在生產(chǎn)中推廣應(yīng)用。焊縫熱處理的關(guān)鍵在于對溫度和時間的控制，在熱處理過程中，因?yàn)榇裏崽幚淼墓ぜ懈鞣N元素的含量不完全一樣，而這些微小的差別往往又是制約熱處理質(zhì)量的重要因素。只有在實(shí)踐中不斷摸索，并把理論知識融匯到工作中，才能真正有效地提高縫質(zhì)量，為生產(chǎn)更好地服務(wù)。

［1］陳正杰.特大型礦用電動輪汽車車架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度研究［D］.機(jī)械設(shè)計(jì)及理論.中南大學(xué)，2009.

［2］沈鴻，等.機(jī)械工程手冊.北京:機(jī)械工業(yè)出版社出版，1996.

［3］林建平，邢丹英，胡巧聲，陳水生.焊縫對拼焊板縱向拉伸成形性能的影響規(guī)律.同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2010，(9).

［4］張福成，張繼明.不銹鋼與高錳鋼閃光焊接熔合區(qū)組織.金屬學(xué)報，2001，(7).

［5］司林等.熱處理對Mg－Zn－Y－Zr合金組織及性能的影響.材料熱處理學(xué)報，2010，(7).

Emergency Treatment on Key Parts Crack of Electric Truck

LUO Liang1，TONG Xian－h(huán)ua2

(1.Changsha Bohou Construction Machinery Co.，Ltd.，Changsha，Hunan，China 410004; 2.JCC Dexing Copper Mine，Dexing，Jiangxi，China 334224)

Some key parts of electric truck are made by hadfield＇s manganese steel."Normalization Soldering Seam"method is used for welding the crack of key parts.It can dispel the welding stress effectively，and improve the comprehensive mechanical behavior of the soldering seam and the nearby areas to meet the needs of normal production.

electric truck;hadfield＇s manganese steel;crack;welding;emergency treatment

TD421.7

B

1009－3842(2011)01－0075－03

2010－12－23

羅亮(1972－)，男，漢族，湖南常德人，高級工程師，主要從事電動輪汽車備件國產(chǎn)化制造與研究，E－mail:luoliang990809@yahoo.com