第一篇：鐵道車輛制造作業(yè)(客車轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的研究)

車輛結(jié)構(gòu)焊接基本理論與技術(shù)的分析與研究

——客車轉(zhuǎn)向架焊接基本理論與技術(shù)

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摘要

本文主要介紹了客車轉(zhuǎn)向架焊接構(gòu)架的材料選用、結(jié)構(gòu)型式、焊接工藝、工藝流程、熱處理和表面處理、靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度的影響因素等內(nèi)容，其中主要側(cè)重談?wù)摵附訕?gòu)架的結(jié)構(gòu)要求和焊接工藝。

關(guān)鍵詞

客車轉(zhuǎn)向架

焊接構(gòu)架

選材 工藝

探傷

一、引言

鐵路客車的轉(zhuǎn)向架是鐵道車輛中的最關(guān)鍵部件,擔(dān)負(fù)著支撐車體、運(yùn)行、轉(zhuǎn)向等功能,它決定著客車的運(yùn)行品質(zhì)和行車安全。其結(jié)構(gòu)的合理性和材料性能的好壞對車輛的運(yùn)行和安全性起著至關(guān)重要的作用。由于轉(zhuǎn)向架焊接構(gòu)架與鑄鋼構(gòu)架相比具有質(zhì)量輕、生產(chǎn)效率高、成本低等優(yōu)點,因此國內(nèi)外機(jī)車車輛轉(zhuǎn)向架構(gòu)架普遍采用焊接結(jié)構(gòu)。

構(gòu)架是全焊接方式，焊接后必然產(chǎn)生較大的構(gòu)架焊接變形，使組裝過程中出現(xiàn)組裝間隙，從而影響組裝精度。另外，在用熱處理方法消除鋼板殘余應(yīng)力和焊接應(yīng)力過程中，也都將產(chǎn)生一定量的變形，這對確保構(gòu)架設(shè)計精度造成了很大的困難。因此通過合理的工藝手段來保證構(gòu)架精度就顯得尤其重要。焊接式構(gòu)架轉(zhuǎn)向架核心部分是構(gòu)架，要生產(chǎn)出高標(biāo)準(zhǔn)的焊接構(gòu)架，必須要有合理的工藝流程，而且，對影響質(zhì)量的關(guān)鍵工序必須要有合理的工藝方法和措施來保證。

二、轉(zhuǎn)向架焊接構(gòu)架選材

1． 列車用轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的鋼材都采用優(yōu)質(zhì)或高級優(yōu)質(zhì)鋼，其特征是:鋼中有害雜質(zhì)硫、磷的含量控制嚴(yán)，雜質(zhì)含量少，并且分布均勻，因此有利于減小時效敏感性樹冷脆性，減小焊接熱裂傾向，從而提高材質(zhì)的抗疲勞性能

2． 可焊性是指鋼材焊接時形成裂紋和在焊縫區(qū)產(chǎn)生脆性的程度。主要取決于鋼材的化學(xué)成分，另外還與焊件結(jié)構(gòu)的形狀、剛度，以及焊接材料和工藝規(guī)范有關(guān)。一般當(dāng)碳鋼含碳量不大于0.25%，合金鋼含碳量不大于0.18%或碳當(dāng)量GE<0.45%時，其可焊性屬良好。

3． 為了減輕自重并確葆疲勞強(qiáng)度，列車轉(zhuǎn)向架焊接構(gòu)架材質(zhì)應(yīng)選用雜質(zhì)含量為0.035%，強(qiáng)度為500MPa級，低溫性能一40℃時的優(yōu)質(zhì)鎮(zhèn)靜鋼‘09MnTiCuXtDR、09MnZVDR低溫壓力容巖用鋼比較理想;其次16MnDR鋼尚可。

4． 列車轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的安全可靠性要求高，它既取決于材質(zhì)性能，還與具體結(jié)構(gòu)、尺寸、形狀、制造工藝有關(guān)。

三、客車焊接構(gòu)架結(jié)構(gòu)

1.209型焊接構(gòu)架

下面是209型焊接構(gòu)架該構(gòu)架由側(cè)梁、橫梁、端梁等組成?型，結(jié)構(gòu)如圖1圖2

所示

（圖2）

2.焊接4種斷面型式的比較分析

① ?.形斷面型式

如圖3所示，該構(gòu)架的側(cè)梁，橫梁均用4塊鋼板組對焊接成I形。立板需加工坡口后焊接，此結(jié)構(gòu)機(jī)械加工工作量與焊接工作量較大，因此生產(chǎn)周期較長，并由于焊縫多，焊后變形較大，相應(yīng)增加了調(diào)修工作量，但該結(jié)構(gòu)不需要大型壓模，其生產(chǎn)準(zhǔn)備周期較短。

②.鋼板壓型焊接斷面型式

如圖4所示，該構(gòu)架的側(cè)梁，橫梁采用鋼板整體壓成門形結(jié)構(gòu)，然后用平直鋼板作為下蓋板組焊成封閉型斷面。該結(jié)構(gòu)斷面簡單，只有兩條縱向焊縫，使焊接，機(jī)械加工，組對等工作量最少。

圖3

圖4

③.楷形鋼板組壞斷面型式

如圖5所示，該構(gòu)架側(cè)梁、橫梁用壓棋將鋼板壓成槽形，然后將兩對稱的槽形組對合成箱型。焊接時，上下開60“V形坡口。并由于在8個彈黃支柱座面處要求加工在同一平面內(nèi)，故需將原壓型的面加工去除后，再在該處另貼附組焊8塊的座板或者補(bǔ)焊出16塊20mm厚的耳板，以便加工后安裝彈簧支柱，從而使本結(jié)構(gòu)形式的機(jī)械加工和焊接工作量大大增加。每個構(gòu)架僅側(cè)梁、橫梁就需機(jī)械加工約

80m，焊縫約29m。

④ 槽鋼組環(huán)斷面型式

如圖6所示，該結(jié)構(gòu)適用于在無大型壓制設(shè)備，不需要制作大型壓模的條件下即可投產(chǎn)的結(jié)構(gòu)。此結(jié)構(gòu)用2’根220x79xg(mm)的槽鋼相對合成箱型。由于無合適的槽鋼形規(guī)格產(chǎn)品，為提高強(qiáng)度，需加上下蓋板組焊。從而使機(jī)械加工和焊接的工作量相應(yīng)增多，僅側(cè)梁，橫梁的機(jī)械加工和焊接工作量就為42m左右。

圖5

圖6

四、焊接構(gòu)架技術(shù)要求

構(gòu)架是轉(zhuǎn)向架的骨架，用以聯(lián)系轉(zhuǎn)向架各組成部分和傳遞各方向的力。構(gòu)架焊接質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響著客車的行車安全和轉(zhuǎn)向架的壽命，影響旅客乘坐的舒適、平穩(wěn)。為此，技術(shù)條件要求嚴(yán)格，除滿足TB1580一85、TB1582一85等鐵標(biāo)外，另做如下規(guī)定: 1．構(gòu)架組焊后兩側(cè)梁縱向和橫向的彎曲在全長范圍內(nèi)均不得大于3mm，橫梁的四角高度允差4mm。

2．構(gòu)架組焊后須進(jìn)行消除焊接應(yīng)力處理，如采用低溫退火，退火后須進(jìn)行拋(噴)丸處理，并及時涂環(huán)氧脂保護(hù)漆。

3．側(cè)梁中部900mm范圍內(nèi)的焊縫進(jìn)行超聲波探傷或用5.skg的電磁探傷器進(jìn)行探傷。采用超探時按TB1558一84對接焊縫超聲波探傷標(biāo)準(zhǔn)l級執(zhí)行。

4．各加強(qiáng)板末端按角焊縫(表面凹陷)施焊，焊后進(jìn)行修磨，與有關(guān)部位圓滑過渡。

5．側(cè)梁下蓋板為受拉面，不得存在有引弧和焊點凹坑、缺肉、劃傷等缺陷。6．壓型側(cè)梁、橫梁在壓型圓角、焊縫及搖枕吊座、發(fā)電機(jī)吊架焊縫處，不得有裂紋存在。如發(fā)現(xiàn)有裂紋，必須鏟除干凈，并開45?坡口進(jìn)行焊補(bǔ)，然后磨平.五、焊接工藝

1.傳統(tǒng)焊接與機(jī)人焊接方案比較

傳統(tǒng)的焊條電弧焊及半自動CO2氣體保護(hù)焊焊接手段進(jìn)行生產(chǎn)，則存在以下問題而無法滿足要求，經(jīng)調(diào)查研究，結(jié)合目前焊接技術(shù)的發(fā)展，認(rèn)為采用機(jī)器人焊接方案切實可行。

1）生產(chǎn)效率低。機(jī)車構(gòu)架采用焊條電弧焊及半自動CO2氣體保護(hù)焊，工人勞動強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低。為提高生產(chǎn)效率，應(yīng)采用生產(chǎn)效率高的焊接機(jī)器人來生產(chǎn)。

這也是焊接機(jī)器人的優(yōu)點之一。

（2）焊接質(zhì)量不穩(wěn)定。采用焊條電弧焊或半自動CO2氣體保護(hù)焊，其焊接質(zhì)量隨操作工人的技能、情緒等人為因素影響較大。比如，戚機(jī)廠對蘭新線轉(zhuǎn)向架構(gòu)架焊縫產(chǎn)生裂紋的情況進(jìn)行了調(diào)查統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)在側(cè)梁、橫梁及端梁等多處出現(xiàn)裂紋，裂紋長度不一，裂紋深度及至整個焊縫的深度，給機(jī)車的安全運(yùn)行帶來了隱患。分析原因主要是焊工人為因素所致。為消除人為因素的影響，提高產(chǎn)品的焊接質(zhì)量，采用了自動化焊接系統(tǒng)。由于焊接機(jī)器人在鐵路裝備生產(chǎn)制造方面應(yīng)用越來越廣泛，其焊接質(zhì)量很高，所以，采用焊接機(jī)器人焊接轉(zhuǎn)向架構(gòu)架部件是有必要的。

（3）生產(chǎn)環(huán)境差。在生產(chǎn)鐵路機(jī)車構(gòu)架時，由于焊接工作量大，故生產(chǎn)環(huán)境很差。當(dāng)焊接煙塵和保護(hù)氣體超過允許濃度時，就會影響焊工的身體健康。采用焊接機(jī)器人進(jìn)行操作，焊接機(jī)器人系統(tǒng)帶有煙塵凈化裝置，可以減小對環(huán)境的污染。而且，機(jī)器人在這種環(huán)境下操作，解決了在工作中對人體的危害。2.焊接順序與工藝參數(shù)

構(gòu)架部件弧焊機(jī)器人工作站包括焊接機(jī)器人系統(tǒng)和變位機(jī)。組裝、點焊，通過手工操作完成，結(jié)構(gòu)件的定位組裝通過點焊工作臺架工件定位系統(tǒng)實現(xiàn)。點焊好的工件置于自動焊接變位機(jī)上，對兩側(cè)四條焊縫進(jìn)行船形焊接。由弧焊機(jī)器人系統(tǒng)完成自動焊接，具有較高的自動化程度。為控制焊接變形，采用合理的焊接次序來減少焊接變形。因為工件板厚較大，分四層進(jìn)行焊接，每焊完一層，要進(jìn)行敲渣，同時加入吹焊槍內(nèi)飛濺子程序。機(jī)器人自動焊采用藥芯焊絲CO2氣體保護(hù)焊，焊絲型號為E501T-1L。為正確選擇工藝參數(shù)，保證焊接質(zhì)量，尤其是熔透深度，在對工件施焊以前進(jìn)行了工藝試驗。試件焊完后進(jìn)行切片，觀察焊道及熔深情況，并進(jìn)行相應(yīng)力學(xué)性能試驗。經(jīng)過試驗，確定了相應(yīng)工藝參數(shù)值。3 工藝流程

工藝流程下所示。

六、構(gòu)架熱處理

1.各種部件在焊接完成以后，都會不可避免地產(chǎn)生不同程度的橫向、縱向變形、撓曲變形以及殘余內(nèi)應(yīng)力，所以在焊接完成以后，一般情況下，都要對其進(jìn)行熱處理，同時，根據(jù)強(qiáng)度、剛度等方面的要求，對其進(jìn)行必須的表面熱處理。

2.構(gòu)架的熱處理過程中，對消除殘余內(nèi)應(yīng)力的熱處理，一般要求構(gòu)架隨爐升溫至550~570℃之后保溫3 小時，在此熱處理后材質(zhì)的沖擊韌性略有下降，但并不會影響構(gòu)架強(qiáng)度。

3.對熱處理過程中和熱處理后構(gòu)架變形的控制要求如下：在熱處理過程中，一般要求將構(gòu)架導(dǎo)框的彈簧承面和構(gòu)架中心這五點用墊塊墊平，以減小構(gòu)架在高溫狀態(tài)下因自重產(chǎn)生的變形。熱處理后，上平臺檢測時，個別構(gòu)架超差則可用冷調(diào)的辦法調(diào)整,以確保設(shè)計要求。所有耐磨件均需在熱處理后組裝，以防止耐磨件回火，性能下降。

構(gòu)架組焊完工后作整體退火處理，退火曲線如圖7所示，圖7

七、探傷與修整

裸傷檢查發(fā)現(xiàn)的缺陷分兩類。第一類為側(cè)梁、橫梁、加強(qiáng)梁軋壓裂紋;第二類為氣孔、夾渣、未焊透、焊接裂紋等焊接缺陷。焊接缺陷按TB158o一82技術(shù)條件處理。

焊接接頭的打磨修整對提高構(gòu)架疲勞強(qiáng)度關(guān)系極大。構(gòu)架關(guān)鍵部位的焊接接頭，如側(cè)

梁與加強(qiáng)梁、側(cè)梁與橫梁、搖枕吊座與側(cè)梁以及側(cè)梁中心90omm范圍內(nèi)的補(bǔ)強(qiáng)板焊接接頭要求組焊或焊后打磨修整時參照圖8所示

圖8

八、結(jié)語

車輛結(jié)構(gòu)焊接基本理論和技術(shù)的分析和研究涉及面廣，本文以209型客車轉(zhuǎn)向架為例說明了焊接構(gòu)架的結(jié)構(gòu)特點，淺顯地研究了焊接構(gòu)架的焊接工藝方案選擇、熱處理方法及檢修與焊接修整。

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