电动轮汽车关键部位裂纹的应急处理

罗亮，童宪华

(1.长沙博厚工程机械有限公司，湖南长沙 410004;2.江西铜业集团公司德兴铜矿，江西德兴 334224)

电动轮汽车关键部位裂纹的应急处理

罗亮1，童宪华2

(1.长沙博厚工程机械有限公司，湖南长沙 410004;2.江西铜业集团公司德兴铜矿，江西德兴 334224)

电动轮汽车的许多关键部位都是用高锰钢材料制作而成。对关键部位裂纹的焊接处理，在采用“正火处理焊缝”方法之后，能有效消除焊接应力，提高焊缝及附近区域的综合机械性能，满足正常生产的需要。

电动轮;高锰钢;裂纹;焊接;应急处理

1 概述

电动轮汽车由于作业环境及气候条件差、工作负荷大，容易造成基础构件、焊接件的失效和关键部位的开裂［1］。一般的焊接方法，往往刚投入使用又从原焊缝开裂，屡焊屡裂，屡裂屡焊，既浪费了人力、物力、财力，又耽误了生产，给企业带来了不同程度的损失。

2 裂纹的产生

电动轮汽车焊接问题比较多的是高锰钢与高锰钢的焊接及高锰钢与碳钢的焊接。一般情况下，高锰钢均经过了固溶化处理(加热温度1060～1100℃，水中速冷，这种热处理对于高锰钢也叫水韧处理)。处理后钢材得到完好的、无磁性的奥氏体组织，有较高的韧性及强度［2］。表面硬度不高，但在受到冲击或表面挤压力的作用时，表面由于冷变形而硬化，即表面硬度大大提高。

在结构件各个接合面焊缝处，却是最薄弱的地方，这是因为在焊接的时候，产生局部的高温区及热影响区。在高温区产生压应力，而在热影响区产生拉应力，此应力使金属在加热或冷却过程中局部组织发生转变(如马氏体相变)，引起组织应力等。这些残留在构件内的焊接残余应力，对结构的性能有很大的影响，正是这些应力的存在，使得焊缝处的强度降低、韧性不足而开裂。

3 焊条及焊接方法的选择

要解决焊接中因韧性不足而开裂的问题，首先是选择正确的焊条和焊接方法。

高锰钢与高锰钢的焊接，一般宜采用D256、D266堆焊电焊条;碳钢与高锰钢的焊接，通常采用D276铬锰不锈钢堆焊条和Cr19Ni9Mn6铬镍锰不锈钢焊条。特别指出的是，16Mn钢的焊接宜采用J506(交直流两用)或J507(直流)焊条。

焊接开始前，应注意观察焊条的含水量，因为受潮焊条焊接时，容易产生裂纹和气泡，不利于构件的正常使用，所以在焊接时，应备一小型保温筒，予以存放烘干的焊条，并让温度保持在50～60℃，这样才能保证焊条应有性能的正常发挥。

焊接时应避免母材受热过大。焊接后焊缝冷却慢，则有可能导致高锰钢的组织变坏，使水韧处理后所得到的奥氏体组织析出碳化物，造成材质塑性下降，容易产生裂纹，耐冲击磨损性能也有所降低。裂纹是指存在于焊缝或基本金属上的缝隙(如图1所示)，裂纹多出现在焊缝上，有时也发生在母材的热影响区中。

图1 焊接裂纹的主要分布

避免母材受热过大的办法主要有:

(1)有条件时将高锰钢放在水中，只露出焊接部位施焊，以避免母材焊接区域过热和加速焊接区域的冷却。

(2)采用小的电流和小直径的焊条。在焊接过程中，应在焊完一根焊条后，停下来待焊缝不烫手时再继续施焊。焊条尽量不做横向摆动，以保证焊速快些。如果横向摆动，摆动的摆幅也不要过大(一般不应大于焊条直径的3倍)。

(3)采用散热垫防止焊区母材过热，同时加快焊接区域的冷却速度，散热垫一般采用紫铜板，如有条件最好在紫铜板上钻孔后通上循环水。散热垫愈接近焊缝，防止过热的效果愈好［3］。

生产实践中，在多数情况下，裂纹往往出现在头道焊缝和焊根上，这是因为磨损后高锰钢的表面有一层塑性差、硬度较高的硬化层，容易沿着这个部位形成焊接裂纹，所以焊接大刚性、大厚度的构件时，头道焊缝的焊接工艺是很关键的。这可以采用加工坡口和焊过渡层(在母材一侧堆焊一层不锈钢然后再施焊，这层不锈钢焊层即为过渡层)的办法，提高头道焊缝的质量;还可以应用稍小的电焊条和电流，一次性把待焊接部件焊一道焊缝，在焊接头道焊缝的过程中，焊条尽量不摆动。

4 高锰钢焊缝的简易热处理

4.1 热处理的要点和步骤

提高高锰钢焊接后焊缝的韧性，最有效的办法是热处理。

高锰钢属高碳钢和过共析钢，在铁－碳平衡图中，其渗碳体开始从奥氏体中析出的Acm线的温度范围是750～850℃。在我国应用较多的低合金结构钢是Q345钢，它是δb≥350MPa的常用低合金结构钢，它比Q235低碳钢仅仅多加点Mn，而屈服强度却比Q235钢提高50%。

对高锰钢焊接区域的热处理主要进行正火处理。正火的操作为:将工件加热到Acm线以上30～50℃(具体温度由高锰钢中的碳含量决定)，保温一定时间，然后通过空冷、风冷、喷雾等方式冷却下来，得到片层间距较小的珠光体组织(亦叫正火索氏体)［4］，其特点是正火后得到的珠光体组织组织细密，弥散度大，从而具有较高的机械性能。正火的目的是降低硬度，提高塑性，消除焊接产生的内应力。

在野外作业或不具备良好的热处理能力的条件下，正火热处理可采用两把氧乙炔焊枪同时加热的办法作应急处理。它主要是利用了金属受热时膨胀、冷却时收缩的原理，来控制焊接过程中形成的热应力。在焊前和焊后，选择适当的部位加热，来抵消或减少焊缝应力，防止裂纹的产生。

在进行热处理之前，应检查裂纹是否存在，只有焊缝无裂纹的情况下才可进行热处理。两把焊枪在焊缝的两侧错位烘烤，在开始烘烤时，焊枪靠近加热部位，在温度达到800～900℃(用红外线测温仪测量)或观察钢材表面颜色为淡樱红色至亮樱红色时，焊枪应稍稍离开加热部位，并且由焊缝的一端向中心倾斜继续烘烤，以达到均匀保温的效果。保温5～10min后，熄灭火焰，让焊接区域自然冷却下来。正火时，烘烤温度应掌握在900℃以内，否则将出现过热组织，降低焊缝的冲击韧性。待温度降至气温时，正火的工作就完成了。正火后焊缝两侧的区域会产生一种压迫焊缝的压应力，以抵消焊缝区域自然收缩时形成的剩余拉伸应力，达到预期效果。

4.2 对比性试验

为了使末经热处理的焊缝和现场应急热处理后的焊缝能够更好地比较，特做了焊缝横向撕裂破坏、硬度测试和纵向剖面微观化等对比性试验，试验的结果见附表。

实验表明:现场应急热处理后焊缝的机械性能优于不经热处理焊缝的机械性能，主要体现在:硬度虽有所降低，但塑性却成倍地提高;热处理后得到的珠光体组织具有组织细密、弥散度大的特点，使焊缝综合力学性能得到改善;两者最直观的差别在于断裂方式分别是脆性断裂(末经热处理)和塑性断裂(热处理后)。另外，从断口的颜色看，末经热处理的断口处有部分黑、蓝、紫等氧化色彩(多靠近根部及弧坑附近)，这说明在焊接的过程中，因焊接区域受热不均而产生内应力;热处理后的断口颜色基本一致，在焊接过程中产生的内应力已基本消除［5］。

附表热处理后与未经热处理的焊缝对比性试验

5 结论

本文分析了电动轮汽车关键部位焊接应力产生的原因和正确选用焊接方法的重要性，提出了现场应急热处理方法。焊缝经应急热处理后，结构件的使用寿命及性能均得到了很大的提高，可以在生产中推广应用。焊缝热处理的关键在于对温度和时间的控制，在热处理过程中，因为待热处理的工件中各种元素的含量不完全一样，而这些微小的差别往往又是制约热处理质量的重要因素。只有在实践中不断摸索，并把理论知识融汇到工作中，才能真正有效地提高缝质量，为生产更好地服务。

［1］陈正杰.特大型矿用电动轮汽车车架结构强度研究［D］.机械设计及理论.中南大学，2009.

［2］沈鸿，等.机械工程手册.北京:机械工业出版社出版，1996.

［3］林建平，邢丹英，胡巧声，陈水生.焊缝对拼焊板纵向拉伸成形性能的影响规律.同济大学学报(自然科学版)，2010，(9).

［4］张福成，张继明.不锈钢与高锰钢闪光焊接熔合区组织.金属学报，2001，(7).

［5］司林等.热处理对Mg－Zn－Y－Zr合金组织及性能的影响.材料热处理学报，2010，(7).

Emergency Treatment on Key Parts Crack of Electric Truck

LUO Liang1，TONG Xian－hua2

(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

罗亮(1972－)，男，汉族，湖南常德人，高级工程师，主要从事电动轮汽车备件国产化制造与研究，E－mail:luoliang990809@yahoo.com