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DF4系列内燃机车机体裂纹焊接工艺
DF4系列内燃机车的机体是机车的重要组成部分，而机体在长时间的负载状态下运行和疲劳作用下，在薄弱环节经常会产生裂纹现象，因此严重影响机车的正常运行和使用。为了恢复机体的使用性能，必须将存在的裂纹清除干净，经过磁粉探伤确认无裂纹存在后才能进行焊接，焊后再经磁粉探伤检查合格。而高可靠性的焊缝质量是机车行车安全的重要保证，因此，机体焊缝的焊接质量直接影响到机车的行车安全，必须严格控制焊接工艺，防止裂纹的产生，确保该焊缝的 焊接质量。
本文将针对该问题进行工艺分析，总结出一套行之有效的、可完全符合要求的焊接工艺，满足生产需要和恢复机体使用性能。
1、机体裂纹的工艺分析
1.1 现状描述
DF4型内燃机车机体由于长时间的负载运行和疲劳作用下，在薄弱环节会出现贯穿型开裂的情况，有的裂纹出现在原来的老焊缝上，也有的裂纹出现在机体母材上，裂纹的存在将严重影响机车的正常运行和使用。
1.2 母材焊接性能分析
DF4型内燃机车机体的材质为Q345，16Mn钢，属于低合金高强度结构钢，其淬硬倾向比低碳钢大，并且淬硬倾向随着材料厚度的增大而增大，容易产生冷裂纹。而影响冷裂纹的因素很多，也很复杂，比如说焊接时的拘束应力、氢的有害作用、焊接工艺、焊接条件和疲劳等因素，这里主要讨论焊接工艺和焊接条件对冷裂纹的影响。焊接过程中所采用的焊接工艺，如焊接材料、焊接线能量、焊前预热、多层焊以及焊接顺序等对冷裂纹均有不同程度的影响。
1.3 填充材料焊接性能分析
填充材料的选择非常关键，如果填充材料选择不当，冷裂倾向也会增大。如选用的焊接材料为E5015或E5016碱性低氢型焊条，焊接时为防止产生裂纹，使用前必须按规定进行烘干，如果使用受潮的焊条，裂纹倾向也会增大。碱性焊条的焊缝具有良好的抗裂性和力学性能，但工艺性能较差，操作不当，也会使裂纹的敏感性增大。
1.4焊接线能量的影响
由于母材的材质为低合金高强度结构钢，因此，焊接时应选用较小的焊接线能量，焊接线能量过高，会导致热影响区性能降低，会引起近缝区晶粒粗大，降低接头的抗裂性能；反之，线能量过小，又会使热影响区淬硬，也会不利于氢的逸出，因此也会增大冷裂敏感性。
1.5 多层焊的影响
多层焊时，由于后层焊道对前层焊道有消氢和改善热影响组织的作用，所以多层焊时的预热温度可比单层焊适当降低，同时多层焊对防止冷裂纹有良好的作用。但是多层焊时应该尽可能控制层间温度，以便使扩散氢逸出，否则，含氢量会发生逐层积累，与此同时，在多次加热的条件下，会产生较大的残余应力，从而导致冷裂倾向反而增大。
2、机体裂纹焊接工艺
2.1.确定裂纹长度
用磁粉探伤或着色探伤的方法确定裂纹的位置和长度，并做好标记，在裂纹的两端打止裂孔，防止裂纹的扩展和延伸。
2.2清除裂纹、打磨坡口
可以先用碳弧气刨的方法将裂纹部位清除，再用角向砂轮机或快速铣刀将坡口打磨成V型坡口，角度为见图一。并将坡口及两侧20mm范围内的水、油、锈、油漆等脏物彻底清理干净。
图一V型坡口角度
2.3探伤确认
用磁粉探伤方法确认裂纹已经彻底清除干净，如还有裂纹应继续清除，直至完全清除干净为止方可。
2.4选择焊接材料
按照等强度原则，可选用E5015或E5016碱性低氢型焊条，碱性焊条具有较强的脱硫、脱磷能力，药皮有去氢作用。焊接接头含氢量很低，故称为低氢型焊条。碱性焊条的焊缝具有良好的抗裂性和力学性能，但工艺性能较差，一般用直流电源施焊，主要用于重要结构的焊接。
2.5焊条烘干
焊条在使用前必须按规定进行烘干，碱性焊条烘干温度为200~300℃，保温1~2小时，烘好的焊条应存放在100℃左右的恒温箱内，随用随取。
2.6 焊接工艺参数的确定
为减小热影响区的脆化，应采用较小焊接线能量，从而减少高温区的停留时间。并采用多层多道焊，合理控制层间温度。于此同时也应该控制焊接速度，速度过快，熔合不好，容易产生焊接缺陷，速度过慢，则输入焊缝的热量过多，敷层金属晶粒粗大，焊缝组织的机械性能变差。确定合理的工艺参数见表一。
3、操作要领
3.1打底层焊接
尽量使机体翻转至焊缝处于水平位置后焊接，焊接工艺参数见表一。焊接时，由于选用的是碱性焊条，应采用擦划式的引弧方法，引燃电弧后迅速将焊条抬起，使焊条与工件间保持2~3mm的间隙产生电弧，在焊缝的起始端处开始施焊，焊条与焊接前进方向的夹角为70~80°，焊条与焊缝左右方向的夹角为90°，当焊接熔池达到一定厚度（一般为2~3mm）后，焊条向前移动，并且焊条稍作锯齿形摆动。一根焊条焊完要将弧坑部位的药渣敲干净，便于第二根焊条的起头，第二根焊条起弧时要将第一根焊条的弧坑填满后再继续作锯齿形摆动向前施焊，直至整条焊缝焊完，在整条焊缝的收尾处必须将弧坑填满。
3.2填充层焊接
在焊接填充层之前，要将打底层的药渣彻底清理干净，并用锤击法锤击焊缝，以消除焊接应力，使层间温度控制在100°以下再进行后道焊缝的焊接。填充层的焊接方法与打底层基本相同，只是焊条橫向摆动的辐度稍微大一点，焊接工艺参数见表一。
3.3盖面层焊接
盖面层的焊接要求与填充层基本相同，只是焊条橫向摆动的辐度更加大一点，并且摆动时在焊缝的两侧要稍作停顿，以防止咬边的产生，焊接工艺参数见表一。
。3.4 焊后处理
焊后进行清渣检查，清除药渣、飞溅等异物，检查焊缝外观成型，焊缝表面应呈圆滑过渡、无夹渣、咬边、气孔、裂纹等焊接缺陷，否则返工处理。
3.5焊缝根部清理、焊接
正面焊缝完成后，将机体翻转过来，进行清根处理，用碳弧气刨或角向砂轮机将焊缝根部清理干净，并进行磁粉探伤，确认无裂纹后才能进行反面焊缝的焊接。反面焊缝的焊接方法与正面焊缝的焊接方法相同。
4总结
通过对母材焊接性能、焊接材料特性及焊接工艺等因素的分析，选择合理的焊接工艺，严格控制焊前预热及焊接参数，最终焊成外观成型美观、内部质量良好的合格焊缝，满足了内燃机车的使用要求和正常运行。
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