國際焊接標準的推廣應用對提升焊接質量和與國際接軌具有重要意義。介紹EN15085系列標準在軌道交通領域制動系統不銹鋼管路焊接上的應用。從管路用途、設計參數上倒推在設計過程中對焊縫質量等級的定義,根據標準規定的設計要求、生產要求和檢驗三者之間的本質聯系,確定工作試件的焊縫質量檢驗方法、合格標準。在完成正式焊接工藝前,依據預工藝規程進行工作試件的焊接,按量化標準評定焊縫質量,以此檢驗預工藝規程的可行性。國際標準中規定的這種系統流程對于不銹鋼管路焊接的工藝開發有指導性。

洛陽機車襄陽分公司承接上海局合肥機務段3DF4D機車輕大修任務,要求制動系統風管路全部改造為不銹鋼管路,根治原鋼制管路長時間使用過程中形成的銹渣對制動系統的不良影響。制動系統相關參數為:最大工作壓力950 kPa,介質為壓縮空氣。借鑒國際標準EN15085《軌道車輛及其部件的焊接》對焊接質量控制的相關要求,合理策劃驗證方案,編制焊接工藝,成功完成了不銹鋼管路焊接操作。

1不銹鋼管路的焊接工藝特點

通過比較不銹鋼材料性能,選用國產0Cr18Ni9(與美國AISI牌號304、歐標EN10028-7 X5CrNi189相近)無縫鋼管,此種材料為單一奧氏體組織無磁性,其熱導率約為碳鋼的1/3,線膨脹系數約為碳鋼1.5倍,電阻率約為碳鋼的5倍,在焊接操作時的表現為受熱快散熱慢變形大,易產生殘余拉應力。且焊縫產生方向性很強的柱狀晶,有害雜質偏析出現熱裂紋。故此類不銹鋼焊接不需預熱并嚴格控制層間溫度,降低熱輸入(小電流、快速焊),操作時采用窄焊道、多道焊、不擺動技術并注意填滿弧坑。

2焊接工藝驗證方案

制動系統管路焊縫安全性需求等級為高級而承載狀態等級為低級,參考標準EN15085焊縫質量等級定為CPC1,對應檢驗為10%內部檢驗、10%表面檢驗、100%外觀檢驗。因角焊縫內部不易檢測,需進行增加表面檢測頻率,故定為100%表面著色探傷(PT)、100%外觀檢測(VT)。

管路為0Cr18Ni9無縫不銹鋼管,管徑直徑φ1038mm,壁厚1.53mm,接頭體選材0Cr18Ni9,按標準TB776、TB333[2-3]加工而成。整個焊接工藝涉及三種接頭體。母材規格如表1所示。

由表1可知,鋼管與接頭體有多種組合,且粗管上還可能要求焊接細徑支管接頭體,不同組合將對應不同焊接工藝。計劃通過制作工作試件來驗證焊接工藝,即以特定的人員、設備、工藝、環境完全模擬實際生產過程,通過評審工作試件質量來驗證設計、焊接工藝、焊工技能及焊縫質量。

3焊接工藝

1)焊材選用。采用鎢極氬弧焊進行焊接,焊絲ER308LH03Cr21Ni10Si),φ1.2 mm、φ1.6 mm兩種規格。其特點是電弧燃燒穩定、飛濺少且成形美觀,抗裂性強,由于增加了硅的含量,焊接操作性及熔池流動性更佳。

2)焊接設備。采用林肯焊機TIG-275,直流正接。

3)工藝參數。焊接采用短電弧,盡量不擺動,層間溫度控制在200℃以下,具體焊接參數如表2所示。

4)其他。焊前需將焊接區30mm范圍內用丙酮擦拭干凈,鋼管與球接頭、接管式接頭體套接最好能形成凹形角焊縫,實現焊縫與管外壁平滑過渡。

4焊接接頭檢驗

1)外觀檢測。CPC1級別的焊縫應按ISO5817[4]標準C級評價,即不允許存在裂紋、弧坑裂紋、表面氣孔、弧坑縮孔、未熔合、燒穿、電弧擦傷等缺陷,蓋面咬邊深度不超過母材厚度的10%。

2)無損檢測。對焊接接頭進行100%PT檢查,表面未發現裂紋,少量出現弧坑縮孔為操作不當引起。

3)宏觀金相。切開焊縫拋光腐蝕后宏觀金相如圖1所示,熔深滿足要求,放大50倍未發現微觀裂紋。

4)參考《東風4D內燃機車輕大修規程》進行1.0 MPa水壓試驗,保持2 min不許泄漏,試驗全部合格。

5結論

經過現場操作,成功完成0Cr18Ni9不銹鋼管路焊接,在工藝編制過程中應用EN15085標準實現焊接從設計、生產到檢驗三者之間的無縫連接和焊縫質量的量化評定。較之國內焊接標準,EN15085體系的完善性、指導性和可操作性不容忽視,在焊接生產過程中借鑒和推行國際標準非常有必要。