牵引电机机座吊挂焊缝开裂失效初探

牵引电机机座吊挂焊缝开裂失效初探

谢贵生

中车永济电机有限公司 山西永济 044500

摘要：通过显微镜分析，电子显微镜扫描以及对铁路发动机机架焊缝中裂纹的金属分析，指出由于电弧板的变形，在焊接过程中电弧板与铁芯之间会形成间隙。这会导致局部焊接缺陷，最终会导致焊接疲劳中的熔化裂纹，因此应对此进行改进。

关键词：牵引电机，焊缝开裂，焊接疲劳

焊接框架的破裂和故障问题将对铁路发动机的使用寿命产生重大影响，在严重的情况下将导致火车事故。铁路列车的某种牵引电动机运行一段时间后，悬挂拱板上的焊缝出现裂纹。裂纹出现在焊缝和电弧板之间的焊趾附近，长度约为14cm。发动机悬架故障的运行时间远远低于设计的耐用性。本文以此为例讨论破裂的原因。

一、对牵引电机机座吊挂焊缝开裂的研究

通过线切割法对南部的裂纹进行解剖，并获得裂纹样品和裂纹轮廓，并以相同的顺序进行裂纹的断裂分析和金属结构分析。

（一）宏观分析

失败的主要原因是电弧板和穿孔件的铁芯之间的焊接。裂纹始于板弧和穿孔件铁芯之间的内焊脚。并经历所有的沸腾。可以大范围地看到裂纹表面的疲劳弧，并且裂纹的初始部分具有明显的台阶，这是许多来源的疲劳的特征。由于在热压过程中板的弧形变形，在板的弧形与穿孔件的铁芯之间形成了一个较大的间隙，并且在该间隙中填充了更多的焊接金属，并且在焊缝中的渗透不足还存在部分缺陷，从而导致应力集中。

（二）断口微观分析

通过扫描电子显微镜检查和分析，裂缝供体区域具有典型的脆性结构，其是裂缝供体区域的上部裂缝结构，表明裂缝供体区域的材料易碎并且承担更大的应力。对裂缝区域的电子扫描显示，疲劳边缘清晰可见，并且边缘间距不均匀，这表明在裂纹形状期间，焊缝承受的振幅载荷是可变的。

（三）金相组织分析

在将焊接横截面精制和清理后，将焊接区域划分为五个区域，其中区域1和区域2为焊接金属，区域3和区域4位于温度区域，区域5位于电弧板底部。接缝和弧形板结合在一起的加热区域。电弧板正常区域的微观结构是典型的钢结构。可以看到初始部分裂纹的冶金组织。其中有短茎或针状结构，出现在区域5裂纹附近的一些晶粒中，它们显示出一定的方向，即魏氏结构或上贝氏体结构。它也可以是两者的组合。除了上述结构，珍珠岩结构也离裂纹很远。总的来说，该位置的晶粒比区域5的晶粒小。区域5裂纹附近的晶粒比A处的晶粒粗，大多数晶粒具有由魏氏结构和上贝氏体结构组成的茎状或针状结构。

在焊接过程中，确定电弧板和铁芯之间的距离。焊缝A和B处的沸腾金属罐缺少支撑。在流动过程中，一部分液态焊接金属可能会进入间隙并连接电弧板。这种现象会导致焊缝熔透不良。上述分析还证实存在不完善的熔深，这会导致较高的应力集中，并且散落和散布的各种不完善的熔深会导致更多的焊接。

从结构的角度来看，初期裂纹的冷却速率更快，此时的结构主要是威德曼石和上贝氏体。韦德曼组织和上贝氏体组织的机械性能较差，特别是显着降低了硬度和塑性，这使得钢容易发生脆性断裂，这与断裂部位的脆性断裂特征是一致的。由于沸腾线处的晶粒结构相对较小，且该线的弧板熔合，维德锰矿结构和上部贝氏体结构较小，并且在一定温度范围内一定深度的粒径不同，并且包含较多的威氏体结构和上部贝氏体结构是薄弱的材料联系。疲劳裂纹从这里开始化，并且裂纹最终穿透了焊缝。

二、防止牵引电机机座吊挂焊缝开裂的措施

（一）改进焊接方案

与电极拱相比，MAG在电弧和熔池上具有更好的可视性，熔池易于控制，电弧温度集中，热量输入少，焊接变形小，焊渣少。另一方面，MAG压缩电弧，焊丝末端熔滴上的弧斑更加集中，使弧斑表面温度升高，金属蒸发熔化强烈。另一方面，熔池表面也会影响电弧力，从而产生较大的挖掘力，形成较大的穿透力。这两点有助于工件的穿透。因此，在焊接小挂弧板与铁芯冲片之间的焊缝时，应增加MAG焊，以保证根部熔透。但考虑到焊接效率和减少焊接接头，仍用于填充和套管焊接的e5024焊条应立即焊接。因为是铁粉，大量的二氧化钛被电极覆盖，因此可以承受高电流，并具有很高的焊接速度和填充活性，火花少，集中电弧和水平角焊缝可以到达上下角焊缝，相同长度和表面的焊缝光滑美观，无缺点如孔隙率，结垢和烧蚀等。

（二）在线运行电动机和返厂修电动机焊接修复

通过将发生故障的弧形板和铁心组件的间隙分析与焊接程序的分析结果相结合，焊接材料增强系统被批准用于网状电动机和回收机。 在小臂的弧形板与孔部的铁芯之间进行焊接之前，应进一步检查颜色检查或电磁线以确定缺陷位置，并使用角磨机代替缺陷，然后再次测试并确认，然后充分确认缺陷。 原始的焊接方法是使用e5024焊条一次完成焊接。 如果在MAG底焊中添加钢棒，则焊接热量输入很小。 0mm1.0mmer50-6焊丝，焊接电流180-220a，电弧电压22-26v，焊渣e5024φ5.0mm焊条清洗后立即清洗，焊接电流220-250a，确保焊脚上部为8-10mm，焊脚应尽量垫高。焊接后，用锋利的锤子除去应力（底部焊接除外）并抛光，并消除对支脚的破坏作用。24小时后进行颜色检查或磁力线检查。

（三）新造电动机

合并不成功焊缝的间隙大小时，请先缩小电弧板和定子铁心球之间的间隙。过去，弧形板的小型悬挂部件（与轻型板和小型悬架焊接在一起）有两种生产工艺选择。由于40mm热轧钢板的电弧难以控制，因此不再采用这种生产方法。另一个系统最初由包裹在圆柱体中的钢板组成，分成几个弧形板，然后焊接到连接到弧形板上的小吊架上。小挂件煮熟后，他们很高兴。阀芯制成后，只有圆形且缺乏加工过程，其精度不足以确保其适合机器底座的铁芯穿孔件，并且在更换气缸后，弧形板和小吊架上的焊接变形。但上釉意味着小悬构件弧板上的构件间隙和芯孔漆的间隙远远超过设计要求。改进后，通过工艺验证，将圆盘的弧度卷成圆筒，对外圈进行处理，并在圆盘整体弧度的外圈上写上几个小吊架焊接，然后进行退火处理。退火后，增加加工工艺，对弧盘筒体的整个内侧进行加工，然后更换一些小悬置件，有效保证了小悬置弧盘内侧与定子铁芯冲头之间的设计间隙。焊接时请加MAG焊，0.0mm1.0mm小电流底，ER50-6焊丝，焊接电流180-220a，电弧电压22-26v，采用E5024φ5.0mm焊条一次填焊，焊接电流210-240a适当减小，保证焊接角度符合图纸要求。24小时后，应对整个定子铁芯焊接后的振动，进行颜色检查或磁性测量。

三、总结

牵引电机的悬架组成较小，原因是生产工艺不足，并且由于焊接变形而导致弧板与定子铁心穿孔之间的间隙增加，导致焊接脚的有效尺寸小，焊接阻力不足，从而产生了强大的负载。对于网状电动机和回收引擎，已批准焊缝支撑系统。当焊缝处在钢板的小吊弧和穿孔件的铁芯之间时，增加MAG焊接基础焊缝以确保根部渗透；对于新型电动机，通过优化小悬挂部件本身的制造工艺，减小了弧形板与定子铁心孔之间的装配间隙，并增加了MAG焊接底焊。

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