浅谈钛合金在轨道客车转向架上的应用.docxVIP

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浅谈钛合金在轨道客车转向架上的应用

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引言：目前中国高铁的运行速度已经达到每小时350公里，在世界上处于领先，为了保持中国高铁不断领先领跑，必须在转向架制造上不断进行改进，转向架就是架轱辘和车体连接的部件，被誉为高铁的两条腿，转向架及其部件就关系到高铁运行时的速度及安全。所以要开发新型重量轻、强度高的钛合金转向架。

关键词：转向架、钛合金、氩弧焊、焊接缺陷

一，钛合金的特点：钛是一种新型金属，钛的性能与所含碳、氮、氢、氧等杂质含量有关，钛合金耐腐蚀性好于不锈钢，钛合金的密度一般在4.51g/立方厘米左右，仅为钢的60%，一些高强度钛合金超过了许多合金结构钢的强度。可制出单位强度高、刚性好、质轻的零、部件。目前飞机的发动机构件、骨架、蒙皮、紧固件及起落架等都使用钛合金。

二，焊接特性：在常温下，钛与氧反应生成致密的氧化膜，从而使其具有高的化学稳定性与耐腐蚀性。在施焊过程中，焊接温度高达5000～10000℃，钛及其合金与氧、氢和氮发生快速反应。据试验，钛合金在施焊过程中，温度在300℃以上时能快速吸氢，450℃以上时能快速吸氧，600℃以上时能快速吸氮。而当熔池中侵入这些有害气体后，焊接接头的塑性和韧性都会发生明显的变化，特别是在882℃以上，接头晶粒严重粗大化，冷却时形成马氏体组织，使接头强度、硬度、塑性和韧性下降，过热倾向严重，接头严重脆化。因此，在进行钛合金焊接时，对熔池、熔滴及高温区，不管是正面还是反面都应进行全面可靠的气体保护。这是保证钛及其合金焊接质量的关键。延迟裂纹的产生在焊后一段时间内，钛及其合金的近缝区很容易产生裂纹，这是由氢从高温熔池向低温热影响区的扩散引起的。随着氢含量的增加，析出的钛氢化合物增加，热影响区脆性增大，再加上析出的氢化物体积膨胀时产生的组织应力，导致裂纹的产生。

三，焊接工艺

1，焊缝表面清理，机械清理对焊按质量要求不高或酸洗有困难的焊件，可用细砂纸或不锈钢丝刷擦拭，但最好是用硬质合金黄色刮削钛板，去除氧化膜。

2，焊接设备的选择钛及钛合金钨极氩弧焊应选用具有下降外特性、高频引弧的直流氩弧焊电源，且延迟递气时间不少于15秒，避免焊遭受到氧化、污染。为提高焊接效率，对表面大焊缝可采用半自动氩弧焊，主要代替手工送丝。

3，焊接材料的选择，氩气纯度应不低于99.99%，当氩气瓶中的压力降至0.981MPa时，应停止使用，以防止影响焊接接头质量。原则上应选择与基本金属成分相同的钛丝，有时为了握高焊缝金属塑性，也可选用强度比基本金属稍低的焊丝。

4，气体保护及焊接温度，为了防止焊接接头在高温下被有害气体及元素污染，必须对焊区及焊缝进行必要的焊接保护与温度控制，其温度应在250℃以下。保护与温度控制的主要方法：一是对表面焊缝加保护气体拖罩；二是将被焊接头充满保护气体。保护气采用氩气，其纯度应≥99.99%。保护气体的流量应满足焊接技术要求

5，钛合金焊丝的选择，填充焊丝的牌号应根据母材来选择，一般采用与母材同质的原则，有时为了提高接头的塑性，也可以选择比母材合金化程度稍低的焊丝。焊丝直径应根据母材厚度来选择，钨极，最好选用铈钨极，其直径根据钛合金管壁厚选择，一般在1.0～3.0mm。

6，坡口形式的选择原则尽量减少焊接层数和焊接金属。随着焊接层数的增多，缺陷增加，以至影响焊接接头性能，又由于钛及钛合金焊接时焊接熔池尺寸较大，因此试件开单V型70~80°坡口。

7，试件组对及定位焊为了减少焊接变形，焊前进行定位焊，一般定位焊间距为100~150mm，长度为20~30mm。定位焊所用的焊丝、焊接工艺参数及气体保护条件应与焊接接头焊接时相同。间隙1~3mm，钝边0~1.0mm。

8，焊接规范，按板厚及钨极直径来选择，一般焊接厚板焊接电流在100--150A.

9，对于转向架部分空间狭小的箱体焊接，由于半自动焊枪头过大无法进行焊接，而且手工焊时焊枪进入箱体焊缝处，但是另一只手无法完成向焊缝熔池内送丝，可采取先将焊丝预先放在焊道内的预埋焊丝法进行焊接。

四，焊缝和热影响区表面颜色：焊缝区银白、淡黄色为好焊缝；深黄色或金紫色一般焊缝；深兰色或灰色为不好焊缝。

操作要领与普通碳钢焊接基本一致,往熔池内送丝时，由于钛合金比重轻，送丝时发飘，不稳定，给焊缝根部焊接带来困难。

五，焊接变形控制及调修：由于钛合金转向架尺寸过大，板材过厚，焊接量及热输入大，极易造成焊接应力及焊接变形，一般焊接转向架时采用刚性固定法及对称焊接、分段焊接，来减少焊接变形量，对焊后变形的部位采用冷调很难调修，基本采用热调方法，热调时要控制温度及氩气保护，由于转向架体积过大，需要真空隔离间进行氩气保护。

六，钛合金转向架优点：1，重量轻，采用钛合金