浅谈承载式车架组焊工艺

尹凯　汪洪　潘建荣　姚国平

摘 要：机车车架是机车重要的组成部分。车架承载式的车体，所有载荷均由车架承担。在机车运行时，车架承受机车牵引力和列车运行中所引起的各种冲击力及其他外力，所以它必须具有足够的强度和刚度，才能坚固耐用。

关键词：承载式车架；组装间隙；结晶裂纹；药芯焊丝气体保护焊；Q460E

前言

承载式车架可采用模块化设计，它由整体承载式燃油箱（见图2）和两个端部（见图1）拼接而成，三段组焊是车底架组装过程中最重要的一个环节，它对组装、焊接和变形控制都有着极高的要求。组焊工艺是否合理，直接影响着车底架的刚度、强度、外观质量和生产效率等。文章就以机车车架三段组焊为例，从组装工艺和焊接工艺两方面进行简要的分析和介绍。

1 组装工艺

1.1 油箱定位

采用反装的方法，将燃油箱反面朝上置于台位四个支撑上，燃油箱的横向、纵向中心与台位一致。检查油箱两头箱型梁与端部箱型梁连接处的上下盖板开档尺寸，保证油箱的四个角在同一平面上，防止扭曲变形。

1.2 端部定位

调整端部箱型梁末端高度，使其基本与油箱箱型梁高度一致。然后用两边的顶紧装置调整纵向中心，测量牵引销是否垂直并且在中心线。

1.3 调整端部位置

调整端部位置，保证油箱中心到两端部牵引销梁中心的开档尺寸在±3mm误差范围内。检查两个端部四个箱型梁与油箱箱型梁拼接处平面，平面度不超过3mm。在保证车架长度的同时，将拼接处的坡口间隙控制在5±1mm左右，保证后续焊接质量。坡口切割采用气割方式，下盖板采用半自动轨道切割机切割，上盖板采用手工方式切割，切割余量视车架长度而定，不尽相同。切割完之后，将坡口打磨平直，表面光亮整洁，然后重新测量尺寸，防止尺寸超差。

2 焊接工艺

2.1 材料焊接性分析

机车车架箱型梁上下盖板的材料均为Q460E（其化学成分见表1、力学性能见表2），计算材料的碳当量CE在0.4～0.6%之间，焊接性相对较差，需要控制好焊接工艺，否则焊接质量无法保证。

2.2 焊接材料及焊接方法的选择

焊接方法选用药芯焊丝气体保护电弧焊；根据等强匹配的原则，结合焊接工艺的要求，选用的熔敷金属为直径1.2mm的TWE811-Ni药芯焊丝，符合GB/T 17493 E551T1-Ni1，熔敷金属的化学成分及力学性能见表3；保护气体选用CO2，气体纯度部低于99.8%。

2.3 接头形式

2.5 焊前准备

2.5.1 为了防止出现焊接缺陷，焊前应清除氧化渣、油锈等杂质，坡口及周围20mm范围内打磨至金属光泽，表面平整，牵引销梁与箱型梁上下盖板拼接齐，高低错边不大于1mm。

2.5.2 在焊缝两端加引弧板和收弧板，引弧板和收弧板的接头形式与焊缝相同，坡口角度与焊缝一致。

2.5.3 坡口装配间隙控制在5±1mm左右。装配间隙小，导致焊接速度快，熔池变得狭长，冷却速度快，杂质和气体不易逸出，焊缝金属的可变形量减少，导致裂纹敏感性提高；装配间隙大，焊接热输入量就大，焊接效率降低，焊后变形较大，所以必须严格控制。调整到位后用U形加强板，以控制上下盖板拼接焊缝产生的焊接变形，防止盖板下垂引起端部头部翘起，造成车架挠度超差。

2.5.4 焊缝反面增加陶瓷衬垫，衬垫要与板材密贴，保证焊缝根部成形良好。

2.5.5 焊前预热，保证施焊部位两侧100mm区域内温度高于50℃為止。预热可以降低焊缝的冷却速度，也即减小了热应变的速率，防止生成淬硬组织。

2.6 焊接过程

为了控制焊接变形，尽量采用对称焊接，四个人在4个焊接位置同时焊接，按照表3经过WPS验证过的焊接参数焊接下盖板对接焊缝。平焊时，二氧化碳单面焊道打底焊比较容易出现结晶裂纹，为此要控制打底焊时的焊接线能量，控制线能量即控制焊接电流和焊接速度，焊接控制在200A以下，焊接速度控制150mm/min左右。如果线能量很大，其结果是焊缝晶粒粗大，焊接内应力增大，从而增大了结晶裂纹的倾向。焊接第一层时，在引弧板上引弧，起弧后作锯齿形横向摆动，电弧在坡口两侧稍作停留，以达到焊缝与母材熔合良好并采用短弧焊接。收弧时必须在收弧板上熄弧，避免弧坑裂纹。打底焊时的焊缝厚度不宜过薄，否则容易出现裂纹，因此打底层的厚度最好控制在4-5mm。第一层焊完后，清除焊缝中的焊渣，清理干净后，进行填充层和盖面层的焊接，每道层间温度最好控制在50～200℃之间，盖面焊时焊缝要与母材圆滑过渡。待焊缝冷却至室温后，打磨焊缝及两侧80mm范围内表面，将焊缝打磨到与母材齐平。

3 结束语

经过实践验证，运用以上车架组焊工艺，车底架尺寸、挠度与变形可以控制在合理的范围内，它提高了焊缝探伤检测通过率和组装效率，保证车底架能够满足机车在各种恶劣工况下安全运行。

参考文献

[1]张文钺.焊接冶金学（基本原理）[M].北京：机械工业出版社，2006.

[2]周振丰.焊接冶金学（金属焊接性）[M].北京：机械工业出版社，2005.

[3]方洪渊.焊接结构学[M].北京：机械工业出版社，2008.

作者简介：尹凯（1987-），男，汉族，江苏常州人，本科学历，从事机车车体架组焊工艺研究工作。