209HS型转向架横梁与制动吊座连接处裂纹的处理方法

2016-03-21吕松江倪宝成

轨道交通装备与技术 2016年2期

关键词：筋板构架盖板

吕松江倪宝成

(中车南京浦镇车辆有限公司转向架设计部江苏南京 210031)

209HS型转向架横梁与制动吊座连接处裂纹的处理方法

吕松江倪宝成

(中车南京浦镇车辆有限公司转向架设计部江苏南京 210031)

分析了209HS型转向架构架横梁与制动吊座连接区域出现裂纹的原因，描述了裂纹的发生部位及形式，通过制定合适的焊接参数，对构架横梁与制动吊座连接区域裂纹进行焊修与补强，提高转向架检修质量。

209HS型转向架；裂纹；焊接；补强；工艺方法

转向架制动吊座是制动单元与构架间的接口部件，车辆运行中制动力在制动吊座与构架横梁连接部形成较大的弯曲载荷。209HS型转向架在进行至第2个A4修前后，制动吊座与构架横梁连接部位上部区域焊缝及母材出现开裂的情况，经对裂纹打磨处理，发现部分转向架裂纹已贯穿母材，焊接修复难度大[1]。本文对此区域裂纹的形成原因进行了分析，并对裂纹的处理方法及补强进行详细描述。

1 裂纹产生原因

(1)结构设计原因：209HS型转向架横梁与制动吊座采用箱型焊接结构，制造时构架与制动吊座各自组焊后再拼焊到一起，横梁与制动吊座连接部位是整个构架应力最大的部位之一，箱型焊接结构接头处容易产生应力集中。本次开裂区域汇集7条焊缝，各焊缝间设计间距小，同时经统计大部分裂纹发生在靠近侧梁一方，该区域制动吊座边沿正对横梁上盖板折弯部位，板材折弯区域长期处于大的交替拉、压应力状态，容易产生疲劳裂纹。

(2)工艺原因：转向架制动吊座与构架横梁间连接结构刚性较大，两者间的残余应力较大，焊缝密集导致热影响区域交织，焊接热影响复杂，残余应力大，板材性能受到影响。转向架在运用中，制动吊座长期承受大的交替拉、压应力，裂纹易产生与发展。

(3)质量原因：转向架在检修过程中，发现裂纹区域个别焊缝有未焊透、未焊满现象，同时焊缝已经有补焊的痕迹，但在补焊处理时未对原焊缝裂纹进行彻底清除[2]，车辆运用时裂纹不断扩展，有的从焊缝延伸至横梁母材。

2 裂纹部位及型式

2.1 焊缝裂纹

构架横梁与制动吊座连接区域内焊缝表面或延及焊缝内部的裂纹。

2.2 复杂裂纹

转向架制动吊座与横梁间出现裂纹后，根据裂纹形态、走向或延及的部位分为以下几种情况：(1)裂纹起始于焊缝并延伸至周边母材；(2)裂纹起始于焊缝融合区或热影响区，延及周边板材。

3 焊修与补强工艺

对于焊缝裂纹，通过常规的焊修工艺进行处理，焊修前必须彻底打磨清除裂纹。贯通性裂纹处理时除焊修外，部分还需要对制动吊座与构架间的连接部位进行补强。

3.1 构架探伤

(1)对构架制动吊座两侧横梁上盖板及腹板进行磁粉探伤(MT)与超声波探伤(UT)，确定裂纹的长度及深度，裂纹长度大于60 mm时构架报废。

(2)裂纹长度小于60 mm 时打磨清除裂纹，打磨长度不得超过60 mm。

(3)打磨区域目视无裂纹存在时，对打磨表面进行MT探伤，确定裂纹已完全清除。确认裂纹消除后，若打磨后横梁未贯通，则按照25K型客车厂修规程[1]处理，若横梁打磨后贯通则焊修并补强。

3.2 机加工

当制动吊座两侧均有裂纹时按照下述要求进行机加工，制动吊座仅内侧(平板侧)有裂纹、制动吊座仅外侧(折弯侧)有裂纹时参照制动吊座两侧均有裂纹的处理方法，对机加工程序做相应更改。各机加工方法刀具轨迹分别如图1、图2、图3所示。

图1 两侧均有裂纹刀具轨迹

图2 仅内侧有裂纹刀具轨迹

图3 仅外侧有裂纹刀具轨迹

(1)采用ø25 mm立铣刀对横梁上盖板进行切削，切削深度控制在4～6 mm，进刀位置要求刀具中心离制动吊座安装板侧面37.5 mm，机床X向切削至刀具中心离腹板内侧面22.5 mm时改为Y向切削，Y向切削走刀200 mm时改为X向切削，当刀具中心离腹板内侧面12.5 mm时改为Y向往回切削，当刀具中心离制动吊座安装板侧面12.5 mm时X向退出刀具，停机检查已切削横梁上盖板最小厚度，调整Z向坐标，按上述加工过程再切削一次。

(2)使用ø25 mm立铣刀加工折弯处横梁上盖板，加工时采用改变Z向坐标阶梯式方法，但改变Z向坐标时要时刻关注并避免刀具对腹板进行切削，最后要求横梁上盖板至制动吊座安装板侧面的距离为43 mm。

(3)完成机加工工序之后，用打磨方式去除横梁上盖板约1 mm安全余量，并清理切割面的毛刺飞边。

3.3 焊修方法及焊接参数

3.3.1 坡口处理

在切割面上分别按照图4、图5打磨坡口，并对所有处理后的表面做MT探伤，确保表面无缺陷。

图4 30°接头坡口

图5 50°接头坡口

3.3.2 横梁腹板焊补

将原上盖板与腹板焊缝沿上盖板的加工缺口打磨至与腹板侧面齐平，在腹板上打磨如图6所示的缺口，坡口按30°制备，注意距离腹板顶面留出约1 mm距离，然后堆焊缺口。采用T135堆焊方法完成腹板焊补，焊接电流250～280 A，电压26～28 V，焊接速度4～5 mm/s，焊接时层间温度控制在180 ℃以内，并做好层间清理。焊后对焊补层表面进行MT探伤，要求无裂纹。

图6 打磨缺口及点焊位置

3.3.3 制动吊座安装板打磨去焊缝

根据裂纹分布情况，用打磨方法去除裂纹侧制动吊座安装板与横梁腹板的部分角焊缝(从横梁腹板下平面开始约50 mm 长，见图7)。打磨后的焊接接头处磨出约15°～30°的斜面。

图7 打磨去除焊缝示意图

3.3.4 横梁上盖板组焊

焊接前对制动吊座、侧梁端头处施加工艺支撑，并在对接焊缝的外沿增加引弧板，用以对接焊缝的引弧和收弧。首先点焊补强板，点焊长度为20～40 mm，圆弧处不得点焊，点焊后进行TIG 打底，然后用MAG 焊填充盖面，焊接参数如表1所示，焊接层间温度控制在180 ℃以内，焊接时做好层间清理，焊后将焊缝表面磨平。焊接完成后打磨对接焊缝的引弧板，并将切割面打磨至与横梁上盖板侧面平齐，对焊缝区域做局部热处理，将焊缝区域加热到600～650 ℃，并用石棉网对加热区域保温缓冷，消除部分残余应力。焊后对所有焊缝表面及引弧板切割面做MT探伤，并对图8中标示区域做UT探伤。

表1 焊接参数表

图8 探伤区域示意图

3.3.5 横梁腹板焊接

按照图9的焊接顺序施焊，采用推焊的焊接手法，焊接至焊缝转角位置时，注意尖点的熔池成型，确保该处能够熔透。完成横梁腹板与横梁上盖板补强板的焊接(50°T 型接头焊缝)，焊接参数如表2所示，焊接层间温度控制在180 ℃以内，焊接时做好层间清理。待焊缝冷却后对上步工序焊缝进行MT、UT 探伤，探伤合格后再完成制动吊座安装板与横梁腹板的a6 角焊缝。

图9 横梁腹板焊接示意图

焊缝焊接位置焊道电极特性焊接方法电流/A电压/V焊接速度/(mm·s-1)50°T型接头 PA1直流正接t141120～14010～132～3PA2直流反接t135260～31026～315～7PA3直流反接t135260～31026～315～7PA4直流反接t135270～30027～304～6aб角焊缝PB1～2直流反接t135260～29027～303～4

3.4 补强

焊修完成后加焊筋板，增加制动吊座与构架横梁间的连接强度。将内、外侧筋板的2个坡口边贴合在制动吊座及构架横梁上盖板上，保证内外侧筋板坡口面与侧梁上盖板平面重合。点焊内、外侧筋板、制动吊座上补强板(见图10)，点焊点长度为20～40 mm。按照图11焊接顺序完成内、外侧筋板的连接焊缝(T012 焊缝)的焊接，层间温度控制在180 ℃以内，焊接时做好层间清理，并进行MT、UT 探伤。完成制动吊座上补强板a7 角焊缝的焊接。堆焊完成后，打磨筋板端头堆焊处，需将堆焊焊缝打磨圆滑过渡，打磨后进行MT 探伤检查。焊接参数如表3所示。