铸造吊座的一种表面缺陷的判断及修复方法

崔培鑫

中车大连机车车辆有限公司 辽宁大连 116021

摘要：本文讲述一种铸造吊座的表面缺陷的判断及修复方法。

关键词：焊修、焊接缺陷的修复

正文

1.实验分析

在如图1所示位置，垂直铸造吊座缺陷方向刨开，截取试样进行宏观腐蚀后观察，见图2。

图1铸造吊座外观图

图2 铸造吊座缺陷宏观位置与形貌

对图2检测面上缺陷位置处进行显微镜下放大观察，缺陷为焊接未熔合，见图3。

图 3 铸造吊座缺陷微观位置与形貌

2.受力分析报告

2.1静强度计算

采用第四强度理论导出的等效应力 (又称Von Mises 应力)来评价，材料不发生破坏的条件是：

式中： —第一、第二、第三主应力；

[ ]—许用应力，[ ]= ， 为材料的屈服强度。

铸造吊座材料为ZG230-450，屈服强度230MPa，取安全系数为1，故许用应力为230MPa。

计算铸造吊座实际工作中各工况下所受的等效应力，应力最大值及其出现位置列于表。后吊座等效应力最大值为84MPa，小于材料屈服强度，最小安全因子2.74，大于1，满足静强度要求。

表1 铸造吊座最大应力及位置

2.2疲劳强度计算

本文根据TB/T 3548-2019《机车车辆强度设计及试验鉴定规范 总则》中规定，对于没有材料疲劳极限图，可采用以下方法校核疲劳强度。

在运营载荷工况下，满足

其中： 为运营载荷工况下的安全系数； 为屈服强度。

机车车辆各零部件强度表准中没有规定 取值时，按照以下规定选取：对于钢材， 可取1.5，当缺乏材料屈服强度基础数据时，允许使用抗拉强度对运营载荷工况下的强度进行校核，此时的安全系数 不小于2.2，抗拉强度应取其范围下限。

本报告中，取 ，故疲劳强度校核中铸造吊座许用应力为230/1.5=153MPa。

计算各工况下铸造吊座的等效应力，应力最大值及其出现位置列于表2。后吊座等效应力最大值为56MPa，小于许用应力，最小安全因子2.73，大于1，满足疲劳强度要求。

表 2 铸造吊座最大应力及位置（运用载荷）

2.3结论

在超常载荷工况下，后吊座等效应力最大值为84MPa，小于材料屈服强度，最小安全因子2.74，大于1，满足静强度要求。在运用载荷工况下，后吊座最大等效应力56MPa，小于许用应力153MPa，安全因子2.73，满足疲劳强度要求。

3.分析结论

3.1基于力学分析，此铸造吊座在超常载荷工况下和运用载荷工况下，应力都远小于材料屈服强度和许用应力，满足静强度和疲劳强度要求；

3.2对铸造吊座缺陷的宏观和金相观察均表明：在铸造吊座探伤发现的缺陷为焊接未熔合原始缺陷，不属于疲劳裂纹。

总结结论：此铸造吊座，不会出现疲劳裂纹，本文出现的缺陷为原始焊接缺陷。

4.缺陷修复工艺

4.1当缺陷呈沟状或条状时：

1）使用风动角磨机和电动铣刀打磨缺陷位置，对需要补焊的位置焊道进行打磨。起始位置应打磨圆滑过渡，坡口长度不小于30mm；

2）磁粉探伤确认缺陷被彻底消除；

3）打磨焊道成60°坡口；

4）作业环境温度不得低于5℃；

5）焊接前要检查确认焊机绝缘层无破损，确认接地良好；

6）使用火焰将待焊修区域预热到100~150℃范围；

7）不允许在铸件非焊补表面上引弧，施焊过程中焊丝应位于焊道中间位置，焊丝与母材夹角控制在70~80°范围内；

8）使用平焊、平角焊、横焊位置进行焊接，焊接参数参考表3；

表3 焊接参数

9）每道焊后须进行焊道打磨，完全打磨清除氧化皮等杂质，使用测温枪测量层间温度≤250℃后方可焊接下道焊缝；

10）焊缝盖面余高0~3mm。

11）每道焊缝焊后，在焊缝温度维持在100～150℃之间或在400℃以上时，用手锤敲击以消除残余应力，敲击范围为焊缝及其焊缝两侧20mm范围内，敲击时应用力均匀密集，力度适中，不可过分用力以损伤焊缝表面，敲击方向:横向方向为自左向右，纵向方向为焊缝起弧端到焊缝收弧端，锤击时间不小于2分钟，完全冷却后将焊缝打磨平整，对焊缝进行湿法连续法磁粉探伤，无磁痕显示方为合格。

4.2当缺陷呈坑状或若干小缺陷聚集时：

1）使用风动角磨机和电动铣刀打磨缺陷位置，对需要补焊的位置焊道进行打磨。

2）磁粉探伤确认缺陷被彻底消除；

3）打磨焊道，坡口表面应露出母材金属本色，坡口底部与侧壁过渡要圆滑，不得留有尖角，坡口及其两边各10mm～20mm范围内应清除油污、铁锈和其它杂物，坡口形状应根据铸件截面厚度、坡口部位及焊工操作条件等确定，坡口加工尺寸可参照下图4的要求；

图4

4）作业环境温度不得低于5℃；

5）焊接前要检查确认焊机绝缘层无破损，确认接地良好；

6）使用火焰将待焊修区域预热到100~150℃范围；

7）不允许在铸件非焊补表面上引弧，施焊过程中焊丝应位于焊道中间位置，焊丝与母材夹角控制在70~80°范围内；

8）使用平焊、平角焊位置进行焊接，焊接参数参考表4；

表4 焊接参数

9）每道焊后须进行焊道打磨，完全打磨清除氧化皮等杂质，使用测温枪测量层间温度≤250℃后方可焊接下道焊缝；

10）焊缝盖面余高0~3mm；

11）每道焊缝焊后，在焊缝温度维持在100～150℃之间或在400℃以上时，用手锤敲击以消除残余应力，敲击范围为焊缝及其焊缝两侧20mm范围内，敲击时应用力均匀密集，力度适中，不可过分用力以损伤焊缝表面，敲击方向:横向方向为自左向右，纵向方向为焊缝起弧端到焊缝收弧端，锤击时间不小于2分钟，完全冷却后将焊缝打磨平整，对焊缝进行湿法连续法磁粉探伤，无磁痕显示方为合格。

参考文献：

1.TB/T 3548-2019《机车车辆强度设计及试验鉴定规范 总则》