锻造钩尾框的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种锻造钩尾框的制造方法，包括顺序进行的制坯、锻造、焊接、热处理以及机械加工工序；所述焊接方法包括以下步骤：(1)首先形成X形焊缝坡口形状，待焊接件固定后在所述X形焊缝坡口的下端设置水冷衬垫，并将所述水冷衬垫与坡口中心位置平齐并固定，然后开通设置在水冷衬垫内的冷却水循环装置；(2)在保护性气氛下，指令焊接机器人首先对焊缝坡口上端进行四个道次的焊接；(3)取下水冷衬垫，在保护性气氛下，指令焊接机器人对焊缝坡口下端进行四个道次的焊接。本发明所述的锻造钩尾框的制造方法，显著降低了劳动强度，材料利用率高；而且制备得到的锻造钩尾框强度高，使用寿命高，安全可靠，能够适用于各种型号车钩尾框的大批量生产。
【专利说明】锻造钩尾框的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于轨道交通车辆制造的【技术领域】，更具体的说，本发明涉及一种锻造钩尾框的制造方法。
【背景技术】
[0002]在轨道交通车辆上使用的钩尾框是车钩缓冲装置的重要组成部分，在车辆牵引、连挂和发生缓冲作用时，直接完成车辆间纵向牵引力或冲击力。随着轨道交通建设向高速重载方向发展，传统铸钢钩尾框因铸造工艺固有的因素，无法避免地存在气孔、夹杂以及裂纹等缺陷，而这些缺陷的存在对铁路重载车辆高速运行构成潜在的安全隐患，在使用过程中过早的出现疲劳裂纹，频发断裂事故，给轨道交通运输带来安全隐患，已经很难适应轨道交通运输的安全需要。相对于铸造，锻造产品能够显著提高金属的强韧性以及疲劳强度，因而自然会想到对钩尾框进行铸改锻，但是锻造工艺难度较大，机械加工困难以及材料利用率较低等缺点。
【发明内容】
[0003]为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种锻造钩尾框的制造方法。
[0004]为了实现上述发明目的，本发明的提供以下技术方案:
[0005]本发明所述的锻造钩尾框的制造方法，包括顺序进行的制坯、锻造、焊接、热处理以及机械加工工序；其特征在于:所述焊接方法包括以下步骤:(I)首先形成X形焊缝坡口形状，待焊接件固定后在所述X形焊缝坡口的下端设置水冷衬垫，并将所述水冷衬垫与坡口中心位置平齐并固定，然后开通设置在水冷衬垫内的冷却水循环装置；(2)在保护性气氛下，指令焊接机器人首先对焊缝坡口上端进行四个道次的焊接；(3)取下水冷衬垫，在保护性气氛下，指令焊接机器人对焊缝坡口下端进行四个道次的焊接。
[0006]其中，所述制坯工序使用的材料为E36低合金钢；热处理工艺包括淬火和回火处理，其中所述的淬火是指将焊接后的钩尾框加热至930?950°C，保温150?180min，然后水冷至100°C以下，所述的回火是指将淬火后的钩尾框加热至500?520°C，保温180?220mino
[0007]其中，所述焊缝坡口上端的焊接电流为420?450A，焊接电压为28?30V，焊接速度为48?52cm/分钟。
[0008]其中，所述焊缝坡口上端的焊接电流为280?320A，焊接电压为22?25V，焊接速度为24?26cm/分钟。
[0009]其中，所述保护性气氛为90v% Ar+10v% CO2的富氩气体。
[0010]与现有技术相比，本发明所述的锻造钩尾框的制造方法具有以下有益效果:
[0011]本发明所述的锻造钩尾框的制造方法，显著降低了劳动强度，材料利用率高；而且制备得到的锻造钩尾框强度高，使用寿命高，安全可靠，能够适用于各种型号车钩尾框的大批量生产。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为本发明所述的锻造钩尾框制备方法中焊接工序的示意图。
[0013]图2为本发明所述的焊接工序中专用焊丝中Cr/C与-40低温抗冲性能(-400C Akv)的关系图。
【具体实施方式】
[0014]以下将结合实施例和附图对本发明所述锻造钩尾框的制造方法做进一步的详细说明。
[0015]本发明所述的锻造钩尾框的制造方法，包括顺序进行的制坯、锻造、焊接、热处理以及机械加工工序；所述制坯工序使用的材料为E36低合金钢；所述焊接方法包括以下步骤:(1)首先形成X形焊缝坡口形状，待焊接件固定后在所述X形焊缝坡口的下端设置水冷衬垫，并将所述水冷衬垫与坡口中心位置平齐并固定，然后开通设置在水冷衬垫内的冷却水循环装置；(2)在保护性气氛下，指令焊接机器人首先对焊缝坡口上端进行四个道次的焊接；(3)取下水冷衬垫，在保护性气氛下，指令焊接机器人对焊缝坡口下端进行四个道次的焊接。所述的热处理工艺包括淬火和回火处理，其中所述的淬火是指将焊接后的钩尾框加热至930?950°C，保温150?180min，然后水冷至100°C以下，所述的回火是指将淬火后的钩尾框加热至500?520°C，保温180?220min。如附图1所示，在本发明中所述的焊接接头参数为:X形坡口，坡口钝边为2mm，坡口角度为60°，焊接前对坡口区域进行除油和清洗。所述焊接方法包括以下步骤:在所述X形焊缝坡口的下端设置水冷衬垫，并将所述水冷衬垫与坡口中心位置平齐并固定，然后开通设置在水冷衬垫内的冷却水循环装置；(2)在gOv^Ar+lOv^CC^的富氩气体下，指令焊接机器人(松下自动焊接机)首先对焊缝坡口上端进行四个道次的焊接，其中焊接电流为420?450A，焊接电压为28?30V，焊接速度为48?52cm/分钟；(3)取下水冷衬垫，在90v% Ar+10v% CO2的富氩气体下，指令焊接机器人对焊缝坡口下端进行四个道次的焊接，其中焊接电流为280?320A，焊接电压为22?25V，焊接速度为24?26cm/分钟。在本发明中所述的锻造钩尾框通常所采用的可焊接低合金高强度结构钢均可以采用本发明所述的自动焊接方法进行焊接。在本发明中所述的机器人自动焊接方法使用专用焊丝，其由下列组分原料制成:C:0.24?0.28wt%,Si:
0.08 ?0.12wt%,Mn:0.78 ?0.90wt%, N1:0.45 ?0.48wt%, Cr:0.50 ?0.55wt%,Mo:
0.15 ?0.25wt%,Cu:0.015 ?0.02wt%,T1:0.010 ?0.025wt%,V:0.010 ?0.025wt%,Ba:0.001 ?0.003wt%, N:0.010 ?0.020wt%, P 彡 0.010%, S 彡 0.010%, O:彡 20ppm,余量为Fe和不可避免的杂质。所述的专用焊丝通过真空感应电炉冶炼出焊丝用钢，再经过轧制，拉丝，绕盘等工序制成专用焊丝。
[0016]通过对一个批次，10个焊接以及热处理后的产品进行综合检测，检测后的结果如表I所示:
[0017]表I
[0018] 序号检验项目技术要求检验结论
1表面质量表面不得有裂纹、气孔、凹坑等焊缝表面光滑且饱满度适宜
缺陷
抗拉强度2680MPa>750
规定非比例延伸强度2552MPa>590
2力学性能断后伸长率>14%>18%
断面收缩率227%>50%
-40 0CAKv(J) >27>95
晶粒度26>8.0级
3金相组织不允许存在马氏体及魏氏体组回火索氏体
织
4超声波探伤执行标准:TB/T1558.2-2010合格
[0019]在本发明中，通过所述的自动焊接方法并配合上述专用焊丝不仅保证了焊接质量，而且具有优异的力学性能。在本发明所述的焊丝中C的加入一方面是为了保证足够的抗拉强度，另外为了保持韧性，C的含量不宜高于0.28wt%。而Cr的加入一方面能够与C结合形成强化相，并且有利于细化晶粒提高焊缝强度。此外 申请人:还惊奇地发现，在所述的焊丝结构中通过添加适量的Cu，并使得Cr/C的质量比维持在1.90?2.20的范围时，焊接面具有优异的低温抗脆能力，有关的关系可以参见图2。
[0020]实施例1
[0021]所述的锻造钩尾框的制造方法，包括顺序进行的制坯、锻造、焊接、热处理以及机械加工工序；所述制坯工序使用的材料为E36低合金钢；焊接工序中焊接接头的参数为:X形坡口，坡口钝边为2mm，坡口角度为60°，焊接前对坡口区域进行除油和清洗。
[0022]所述焊接方法包括以下步骤:在所述X形焊缝坡口的下端设置水冷衬垫，并将所述水冷衬垫与坡口中心位置平齐并固定，然后开通设置在水冷衬垫内的冷却水循环装置；(2)在gOv^Ar+lOv^COj^气氛下，指令焊接机器人(松下自动焊接机)首先对焊缝坡口上端进行四个道次的焊接，第一至第四道次的焊接电流分别为420A、420A、440A和450A，焊接电压分别为28V、28V、30V、30V，焊接速度分别为48cm/分钟、48cm/分钟、51cm/分钟、52cm/分钟；(3)取下水冷衬垫，在90v% Ar+10v% CO2的气体下，指令焊接机器人对焊缝坡口下端进行四个道次的焊接，第一至第四道次的焊接电流分别为280A、280A、310A和320A，焊接电压分别为22V、22V、24V、25V，焊接速度分别为24cm/分钟、24cm/分钟、25cm/分钟、26cm/分钟。热处理工艺包括淬火和回火处理，其中所述的淬火是指将焊接后的钩尾框加热至930°C，保温180min，然后水冷至100°C以下，所述的回火是指将淬火后的钩尾框加热至520°C,保温 180min。焊接使用的焊丝组成如下:C:0.24wt%, S1:0.12wt%,Mn:0.78wt%,Ni:0.45wt%, Cr:0.50wt%, Mo:0.20wt%, Cu:0.015wt%, T1:0.015wt%, V:0.020wt%,Ba:0.002wt%,N:0.015wt%,P ^ 0.010%,S ( 0.010%,O 20ppm，余量为 Fe 和不可避免的杂质。焊接结构的力学性能如下:抗拉强度为755MPa，断裂延伸率为19%，断面收缩率为 65%，Akv (-40 O )彡 102J。
[0023]实施例2
[0024]所述的锻造钩尾框的制造方法，包括顺序进行的制坯、锻造、焊接、热处理以及机械加工工序；所述制坯工序使用的材料为E36低合金钢；焊接工序中焊接接头的参数为:X形坡口，坡口钝边为2mm，坡口角度为60°，焊接前对坡口区域进行除油和清洗。
[0025]所述焊接方法包括以下步骤:在所述X形焊缝坡口的下端设置水冷衬垫，并将所述水冷衬垫与坡口中心位置平齐并固定，然后开通设置在水冷衬垫内的冷却水循环装置；(2)在gOv^Ar+lOv^COj^气氛下，指令焊接机器人(松下自动焊接机)首先对焊缝坡口上端进行四个道次的焊接，第一至第四道次的焊接电流分别为420A、420A、440A和450A，焊接电压分别为28V、28V、30V、30V，焊接速度分别为48cm/分钟、48cm/分钟、51cm/分钟、52cm/分钟；(3)取下水冷衬垫，在90v% Ar+10v% CO2的气体下，指令焊接机器人对焊缝坡口下端进行四个道次的焊接，第一至第四道次的焊接电流分别为280A、280A、310A和320A，焊接电压分别为22V、22V、24V、25V，焊接速度分别为24cm/分钟、24cm/分钟、25cm/分钟、26cm/分钟。热处理工艺包括淬火和回火处理，其中所述的淬火是指将焊接后的钩尾框加热至930°C，保温180min，然后水冷至100°C以下，所述的回火是指将淬火后的钩尾框加热至520°C,保温 180min。焊接使用的焊丝组成如下:C:0.24wt%, S1:0.12wt%,Mn:0.78wt%,Ni:0.45wt%, Cr:0.50wt%, Mo:0.20wt%, Cu:0.015wt%, T1:0.015wt%, V:0.020wt%,Ba:0.002wt%,N:0.015wt%,P ^ 0.010%, S ( 0.010%, 0 20ppm，余量为 Fe 和不可避免的杂质。焊接结构的力学性能如下:抗拉强度为790MPa，断裂延伸率为20%，断面收缩率为 62%，Akv (-40 O )彡 100J。
[0026]实施例3
[0027]所述的锻造钩尾框的制造方法，包括顺序进行的制坯、锻造、焊接、热处理以及机械加工工序；所述制坯工序使用的材料为E36低合金钢；焊接工序中焊接接头的参数为:X形坡口，坡口钝边为2mm，坡口角度为60°，焊接前对坡口区域进行除油和清洗。
[0028]所述焊接方法包括以下步骤:在所述X形焊缝坡口的下端设置水冷衬垫，并将所述水冷衬垫与坡口中心位置平齐并固定，然后开通设置在水冷衬垫内的冷却水循环装置；(2)在gOv^Ar+lOv^COj^气氛下，指令焊接机器人(松下自动焊接机)首先对焊缝坡口上端进行四个道次的焊接，第一至第四道次的焊接电流分别为420A、420A、440A和450A，焊接电压分别为28V、28V、30V、30V，焊接速度分别为48cm/分钟、48cm/分钟、51cm/分钟、52cm/分钟；(3)取下水冷衬垫，在90v% Ar+10v% CO2的气体下，指令焊接机器人对焊缝坡口下端进行四个道次的焊接，第一至第四道次的焊接电流分别为280A、280A、310A和320A，焊接电压分别为22V、22V、24V、25V，焊接速度分别为24cm/分钟、24cm/分钟、25cm/分钟、26cm/分钟。热处理工艺包括淬火和回火处理，其中所述的淬火是指将焊接后的钩尾框加热至930°C，保温180min，然后水冷至100°C以下，所述的回火是指将淬火后的钩尾框加热至520°C，保温 180min。焊接使用的焊丝组成如下:C:0.28wt%,S1:0.12wt%,Mn:0.78wt%,Ni:0.45wt%, Cr:0.54wt%, Mo:0.20wt%, Cu:0.015wt%, T1:0.015wt%, V:0.020wt%,Ba:0.002wt%,N:0.015wt%,P ( 0.010%, S ^ 0.010%,0..( 20ppm，余量为 Fe 和不可避免的杂质。焊接结构的力学性能如下:抗拉强度为795MPa，断裂延伸率为19%，断面收缩率为 63%，Akv(-4(TC )彡 90J。
[0029]对比例I
[0030]所述的锻造钩尾框的制造方法，包括顺序进行的制坯、锻造、焊接、热处理以及机械加工工序；所述制坯工序使用的材料为E36低合金钢；焊接工序中焊接接头的参数为:X形坡口，坡口钝边为2mm，坡口角度为60°，焊接前对坡口区域进行除油和清洗。
[0031]所述焊接方法包括以下步骤:在所述X形焊缝坡口的下端设置水冷衬垫，并将所述水冷衬垫与坡口中心位置平齐并固定，然后开通设置在水冷衬垫内的冷却水循环装置；
(2)在gOv^Ar+lOv^COj^气氛下，指令焊接机器人(松下自动焊接机)首先对焊缝坡口上端进行四个道次的焊接，第一至第四道次的焊接电流分别为420A、420A、440A和450A，焊接电压分别为28V、28V、30V、30V，焊接速度分别为48cm/分钟、48cm/分钟、51cm/分钟、52cm/分钟；(3)取下水冷衬垫，在90v% Ar+10v% CO2的气体下，指令焊接机器人对焊缝坡口下端进行四个道次的焊接，第一至第四道次的焊接电流分别为280A、280A、310A和320A，焊接电压分别为22V、22V、24V、25V，焊接速度分别为24cm/分钟、24cm/分钟、25cm/分钟、26cm/分钟。热处理工艺包括淬火和回火处理，其中所述的淬火是指将焊接后的钩尾框加热至930°C，保温180min，然后水冷至100°C以下，所述的回火是指将淬火后的钩尾框加热至520°C,保温 180min。焊接使用的焊丝组成如下:C:0.24wt%, S1:0.12wt%,Mn:0.78wt%,Ni:0.45wt%, Cr:0.50wt%, Mo:0.20wt%, T1:0.015wt%, V:0.020wt%, Ba:0.002wt%,N:0.015wt%, P ^ 0.010%, S ^ 0.010%, 0:彡 20ppm，余量为 Fe 和不可避免的杂质。焊接结构的力学性能如下:抗拉强度为758MPa，断裂延伸率为19%，断面收缩率为65%，Akv (-40 0C )为 35 ?50J。
[0032]对比例2
[0033]所述的锻造钩尾框的制造方法，包括顺序进行的制坯、锻造、焊接、热处理以及机械加工工序；所述制坯工序使用的材料为E36低合金钢；焊接工序中焊接接头的参数为:X形坡口，坡口钝边为2mm，坡口角度为60°，焊接前对坡口区域进行除油和清洗。
[0034]所述焊接方法包括以下步骤:在所述X形焊缝坡口的下端设置水冷衬垫，并将所述水冷衬垫与坡口中心位置平齐并固定，然后开通设置在水冷衬垫内的冷却水循环装置；
(2)在gOv^Ar+lOv^COj^气氛下，指令焊接机器人(松下自动焊接机)首先对焊缝坡口上端进行四个道次的焊接，第一至第四道次的焊接电流分别为420A、420A、440A和450A，焊接电压分别为28V、28V、30V、30V，焊接速度分别为48cm/分钟、48cm/分钟、51cm/分钟、52cm/分钟；(3)取下水冷衬垫，在90v% Ar+10v% CO2的气体下，指令焊接机器人对焊缝坡口下端进行四个道次的焊接，第一至第四道次的焊接电流分别为280A、280A、310A和320A，焊接电压分别为22V、22V、24V、25V，焊接速度分别为24cm/分钟、24cm/分钟、25cm/分钟、26cm/分钟。热处理工艺包括淬火和回火处理，其中所述的淬火是指将焊接后的钩尾框加热至930°C，保温180min，然后水冷至100°C以下，所述的回火是指将淬火后的钩尾框加热至520°C,保温 180min。焊接使用的焊丝组成如下:C:0.1Owt%, S1:0.12wt%,Mn:0.78wt%,Ni:0.45wt%, Cr:0.21wt%, Mo:0.20wt%, Cu:0.015wt%, T1:0.015wt%, V:0.020wt%,Ba:0.002wt%,N:0.015wt%,P ( 0.010%, S ^ 0.010%,0..( 20ppm，余量为 Fe 和不可避免的杂质。焊接结构的力学性能如下:抗拉强度为712MPa，断裂延伸率为18%，断面收缩率为 56%，Akv(-40°C )为 25 ?35J。
[0035]对比例3
[0036]所述的锻造钩尾框的制造方法，包括顺序进行的制坯、锻造、焊接、热处理以及机械加工工序；所述制坯工序使用的材料为E36低合金钢；焊接工序中焊接接头的参数为:X形坡口，坡口钝边为2mm，坡口角度为60°，焊接前对坡口区域进行除油和清洗。
[0037]所述焊接方法包括以下步骤:在所述X形焊缝坡口的下端设置水冷衬垫，并将所述水冷衬垫与坡口中心位置平齐并固定，然后开通设置在水冷衬垫内的冷却水循环装置；
(2)在gOv^Ar+lOv^COjA气氛下，指令焊接机器人(松下自动焊接机)首先对焊缝坡口上端进行四个道次的焊接，第一至第四道次的焊接电流分别为420A、420A、440A和450A，焊接电压分别为28V、28V、30V、30V，焊接速度分别为48cm/分钟、48cm/分钟、51cm/分钟、52cm/分钟；(3)取下水冷衬垫，在90v% Ar+10v% CO2的气体下，指令焊接机器人对焊缝坡口下端进行四个道次的焊接，第一至第四道次的焊接电流分别为280A、280A、310A和320A，焊接电压分别为22V、22V、24V、25V，焊接速度分别为24cm/分钟、24cm/分钟、25cm/分钟、26cm/分钟。热处理工艺包括淬火和回火处理，其中所述的淬火是指将焊接后的钩尾框加热至930°C，保温180min，然后水冷至100°C以下，所述的回火是指将淬火后的钩尾框加热至520°C,保温 180min。焊接使用的焊丝组成如下:C:0.24wt%, S1:0.12wt%,Mn:0.78wt%,Ni:0.45wt%, Cr:0.56wt%, Mo:0.20wt%, Cu:0.015wt%, T1:0.015wt%, V:0.020wt%,Ba:0.002wt%,N:0.015wt%,P ( 0.010%, S ^ 0.010%,0..( 20ppm，余量为 Fe 和不可避免的杂质。焊接结构的力学性能如下:抗拉强度为768MPa，断裂延伸率为16%，断面收缩率为 51 %，Akv (-40 0C )为 20 ?35J。
[0038]对于本领域的普通技术人员而言，具体实施例只是结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种锻造钩尾框的制造方法，包括顺序进行的制坯、锻造、焊接、热处理以及机械加工工序；其特征在于:所述焊接方法包括以下步骤:(I)首先形成X形焊缝坡口形状，待焊接件固定后在所述X形焊缝坡口的下端设置水冷衬垫，并将所述水冷衬垫与坡口中心位置平齐并固定，然后开通设置在水冷衬垫内的冷却水循环装置；(2)在保护性气氛下，指令焊接机器人首先对焊缝坡口上端进行四个道次的焊接；(3)取下水冷衬垫，在保护性气氛下，指令焊接机器人对焊缝坡口下端进行四个道次的焊接。
2.根据权利要求1所述的锻造钩尾框的制造方法，其特征在于:所述制坯工序使用的材料为E36低合金钢；热处理工艺包括淬火和回火处理，其中所述的淬火是指将焊接后的钩尾框加热至930?950°C，保温150?180min，然后水冷至100°C以下，所述的回火是指将淬火后的钩尾框加热至500?520°C，保温180?220min。
3.根据权利要求1所述的锻造钩尾框的制造方法，其特征在于:所述焊缝坡口上端的焊接电流为420?450A，焊接电压为28?30V，焊接速度为48?52cm/分钟。
4.根据权利要求1所述的锻造钩尾框的制造方法，其特征在于:所述焊缝坡口上端的焊接电流为280?320A，焊接电压为22?25V，焊接速度为24?26cm/分钟。
5.根据权利要求1所述的锻造钩尾框的制造方法，其特征在于:所述保护性气氛为90v% Ar+10v% CO2 的富IS气体。
6.根据权利要求1所述的锻造钩尾框的制造方法，其特征在于:所述焊接方法使用专用焊丝，其由下列组分原料制成:c:0.24?0.28wt %, Si:0.08?0.12wt%, Mn:0.78?0.90wt%, Ni:0.45 ?0.48wt%, Cr:0.50 ?0.55wt%, Mo:0.15 ?0.25wt%, Cu:0.01 ?0.02wt %, Ti:0.010 ?0.025wt %, V:0.010 ?0.025wt %, Ba:0.001 ?0.003wt %, N:0.010 ?0.020wt%, P ^ 0.010%, S ^ 0.010%, 0..( 20ppm，余量为 Fe 和不可避免的杂质。
7.根据权利要求6所述的锻造钩尾框的制造方法，其特征在于:Cr/C的质量比为1.90 ?2.20。
【文档编号】B23K35/30GK104148783SQ201410374434
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年7月31日 优先权日:2014年7月31日
【发明者】扶香荣, 姬传堂 申请人:南京力源锻造有限公司