制造技術(shù)DJl型機(jī)車主變壓器油箱蓋焊接填充材料的選擇劉海濤（株洲電力機(jī)車廠，湖南株洲程中同種材質(zhì)焊接與異種材質(zhì)焊接時(shí)填充材料的選擇進(jìn)行了分析。

　　DJ1型機(jī)車主變壓器的油箱蓋涉及到不銹鋼與不銹鋼、不銹鋼與低合金鋼等多種組合的焊接。由于不銹鋼焊接容易產(chǎn)生晶間腐蝕、裂紋等缺陷，因此，如何選擇不銹鋼的焊接填充材料以保證焊縫的焊接質(zhì)量，成為DJ1型機(jī)車主變壓器油箱蓋制造的關(guān)鍵因素。

　　1焊接性分析變壓器油箱蓋主要由蓋板、觀測口安裝法蘭、端子安裝板及筋板等幾部分組成，其中蓋板和筋板的材質(zhì)為S355J2G1WC，觀測口安裝法蘭和端子安裝板的材10.觀測口安裝法蘭自身的組焊屬于同種材質(zhì)的焊接，觀測口安裝法蘭、端子安裝板與蓋板及筋板的焊接屬于X5CrNi1810與S355J2G1WC間異種材質(zhì)之間的焊接。

　　鋼，它們的主要化學(xué)成份見表1. X5CrNi1810奧氏體不銹鋼與同種材質(zhì)焊接時(shí)其表1母材主要化學(xué)成份（）主要問題是晶間腐蝕和焊接熱裂紋。

　　在奧氏體不銹鋼中，提高耐腐蝕性的主要合金元素是Cr，當(dāng)含Cr量大于12時(shí)即可獲得良好的耐腐蝕性能。焊接奧氏體不銹鋼時(shí)，若焊縫金屬中含有過多的碳則會(huì)在晶界形成CC），從而會(huì)因晶界貧鉻而產(chǎn)生晶間腐蝕。因此，從防止晶間腐蝕的角度出發(fā)，焊接填充材料中的含碳應(yīng)盡量低一些。

　　奧氏體不銹鋼的焊縫在結(jié)晶后期，由于低熔點(diǎn)共晶物形成的液態(tài)薄膜削弱了晶粒間的聯(lián)結(jié)，焊接時(shí)在焊接應(yīng)力的作用下使焊縫沿低熔點(diǎn)共晶物形成的液態(tài)薄膜處開裂。工藝上防止焊縫產(chǎn)生熱裂紋的主要措施是以舍夫勒焊縫組織圖為依據(jù)，通過焊接填充材料的合金過渡來調(diào)整焊縫金屬的鉻當(dāng)量和鎳當(dāng)量，使奧氏體焊縫中產(chǎn)生一定量的鐵素體，以破壞液態(tài)薄膜的連續(xù)性，從而提高焊縫的抗熱裂性能。

　　10與S355J2G10C間的焊接為異種材質(zhì)之間的焊接。由于這兩種材質(zhì)的化學(xué)成份差異甚大，在一定的熔合比下，焊縫金屬的鉻當(dāng)量和鎳當(dāng)量會(huì)大大降低。由舍夫勒焊縫組織圖可知，當(dāng)鉻當(dāng)量和鎳當(dāng)量較低時(shí)，其組織中會(huì)產(chǎn)生脆硬的馬氏體組織。同時(shí)，由于奧氏體不銹鋼的線膨脹系數(shù)約為低合金鋼的1.5倍，焊接時(shí)會(huì)產(chǎn)生很大的焊接應(yīng)力，馬氏體組織的出現(xiàn)很容易使焊縫產(chǎn)生裂紋。工藝上避免焊接應(yīng)力產(chǎn)生裂紋的主要措施是通過選用合適的焊接填充材料來調(diào)整焊縫的鉻當(dāng)量和鎳當(dāng)量，從而控制焊縫的組織，保證焊縫的塑性、韌性及抗裂性。

　　2焊接填充材料的選擇2.1同種材質(zhì)焊接填充材料選擇在DJ1型機(jī)車主變壓器油箱蓋觀測口安裝法蘭的組焊過程中，選用了OK16.12作為焊接填充材料。OK16.12為MIG焊用超低碳不銹鋼焊絲，主要用于焊接耐蝕鋼，其化學(xué)成份見表2.表2填充材料主要化學(xué)成份（％）油箱蓋觀測口安裝法蘭組焊時(shí)對(duì)接接頭的坡口為60*，在半自動(dòng)氣體保護(hù)焊條件下根部焊縫的熔合比約為40%.同種材質(zhì)焊接焊縫的化學(xué)成份計(jì)算式為：素的含量；B為焊絲中合金元素的含量。

　　當(dāng)采用OK16.12作為填充材料時(shí)，根據(jù)和表2進(jìn)行計(jì)算，焊縫金屬中各合金元素的化學(xué)成份約為：C0.03%，Si焊縫金屬的鉻當(dāng)量（％）和鎳當(dāng)量（％）按下式進(jìn)行計(jì)算：因此，焊縫的鉻當(dāng)量（M）和鎳當(dāng)量（M）為：由可知，當(dāng)選用OK16.12為填充材料時(shí)，其焊縫鉻當(dāng)量和鎳當(dāng)量位于P1點(diǎn)，焊縫組織為奧氏體加5M~10%的鐵素體，可有效的提高焊縫的抗熱裂性能。

　　同時(shí)，由于OK16.12焊絲為超低碳焊絲，焊后焊縫金屬的含碳量約為0.03%，其含碳量基本控制在碳在鋼中的溶解度范圍內(nèi)，能有效地防止產(chǎn)生Cr2+C6.因此，焊縫具有良好的抗晶間腐蝕性能。

　　2.2異種材質(zhì)焊接填充材料的選擇在油箱蓋觀測口安裝法蘭、出線板與蓋板及各筋板的焊接過程中，我們選用了OK16.95作為焊接填充材料。OK16.95為MIG焊接用高錳系不銹鋼焊絲，組織為純奧氏體，主要用于焊接異種鋼，OK16.95焊絲的化學(xué)成份見表2.觀測口安裝法蘭、出線板與蓋板及各筋板的焊縫均為角焊縫，在半自動(dòng)氣體保護(hù)焊條件下焊縫的熔合比約為30%.由于兩種母材的導(dǎo)熱系數(shù)不同，兩種母材的熔合量也不相同，低合金鋼的S355J2G10C約占40%，不銹鋼X5CrNi1810約占60%.異種材質(zhì)焊接焊縫的化學(xué)成份計(jì)算式為：10合金元素的含量；B為焊絲中合金元素的含量。

　　當(dāng)采用OK16.95作為填充材料時(shí)，根據(jù)表2銅質(zhì)與鐵質(zhì)滑塊自身的磨耗量比較（mm）硅黃銅鐵（曰）銅（C型）鐵（D型）的摩擦關(guān)系。從對(duì)接觸軌的磨損量來看，同一試塊在不同車速情況下不同，高速時(shí)對(duì)接觸軌的磨損要大于低速時(shí)的磨損。在車速相同的情況下，新配方D型鐵滑塊對(duì)接觸軌的磨損量比較小，日制鐵滑塊稍大，C型銅滑塊對(duì)接觸軌的磨損是日制鐵滑塊對(duì)接觸軌磨損的兩倍，是D型鐵滑塊對(duì)接觸軌磨損的5倍。所以從試驗(yàn)可以看出，C型銅滑塊對(duì)接觸軌的磨損太大而不宜采用，兩種鐵滑塊對(duì)接觸軌磨耗較小，可考慮使用。

　　從滑塊自身的磨損量考慮，同一試塊在不同車速情況下自身的磨耗情況不同，高速時(shí)的磨損要大于低速時(shí)。在車速相同的情況下，C型銅滑塊自身的磨損量比較小，新配方D型鐵滑塊磨損稍大，日制鐵滑塊和硅黃銅滑塊的磨損量要明顯大于前兩種。因此從滑塊自身的磨損量考慮，選用C型銅滑塊和新配方D型鐵滑塊比較合適。

　　綜合對(duì)兩種試驗(yàn)結(jié)果的分析，我們認(rèn)為選用新配方D型鐵滑塊與目前北京地鐵車輛用硅黃銅滑塊進(jìn)行車載對(duì)比試驗(yàn)比較合適。

　　4車載對(duì)比試驗(yàn)畢竟試驗(yàn)室試驗(yàn)的結(jié)果不能代表實(shí)際使用效果，所以我們從2002年9月至12月在北京地鐵運(yùn)營公司車輛二公司，將D型石墨組織鑄鐵配方的鐵質(zhì)滑塊安裝在T101，T102兩組車上，與現(xiàn)有的硅黃銅滑塊進(jìn)行比較試驗(yàn)，同時(shí)檢查其導(dǎo)電性能。根據(jù)試驗(yàn)要求，首先于9月4日在T101車組上安裝一種進(jìn)行試驗(yàn)，然后10月10日在T102車組上擴(kuò)大試驗(yàn)。通過兩個(gè)月的初步試驗(yàn)可以得出如下結(jié)果：D型鐵質(zhì)滑塊的導(dǎo)電性能與硅黃銅滑塊基本相同，能夠滿足車輛的使用要求。

　　D型鐵質(zhì)滑塊的磨耗性能優(yōu)于硅黃銅滑塊，平均磨耗量為硅黃銅滑塊的503.目前，在車載試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，2003年在北京地鐵兩個(gè)車輛公司的部分車輛上進(jìn)行了為期一年的批量擴(kuò)大試驗(yàn)，同年年底對(duì)試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)收，驗(yàn)收組的結(jié)論為D型鐵質(zhì)滑塊的磨耗性能明顯優(yōu)于硅黃銅滑塊，平均壽命約為硅黃銅滑塊的兩倍。

　　5結(jié)論針對(duì)北京地鐵車輛受流器銅質(zhì)滑塊耐磨性差的實(shí)際情況，我們利用自制的專用摩擦試驗(yàn)機(jī)對(duì)幾種可能的受流器滑塊試塊進(jìn)行了試驗(yàn)室試驗(yàn)，通過對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的分析，從中篩選出了對(duì)接觸軌磨耗小且本身較耐磨的D型石墨鑄鐵材料，經(jīng)車載試驗(yàn)和批量擴(kuò)大試驗(yàn)證明其使用效果良好，將在北京地鐵全面推廣。