空调客车转向架构架裂纹焊修工艺

2017-04-19李永军��

机械制造文摘·焊接分册 2016年3期

关键词：分析

李永军��

摘要：针对客车转向架检修时，构架出现裂纹的问题，通过对该构架材料焊接性、工艺性等理论分析，结合理论和实践经验，提出焊修工艺并实施。论述了现场施焊的工艺措施，提出了确保焊接质量的方法。实践证明，采用以上焊接工艺措施是可行的。

关键词：构架裂纹；分析；焊修工艺

中图分类号： TG422

Crack repair welding process of air conditioning passenger car bogie frame

Li Yongjun

（Xian Railway Transportation Equipment Co. Ltd.， Xian 710086， China）[JZ）]

Abstract：Frame cracked when passenger bogie was serviced. The repair welding process was proposed based on the material weldability， technology and other theoretical analysis. This paper discusses the site welding process and put forward the method to ensure the welding quality. Practice has proved that the use of the above welding process measures are feasible.

Key words：frame cracks； analysis； repair welding process

0 前言

在修理客车转向架时，分解检查发现209T转向架构架小端梁（小端梁为变截面箱形梁）有裂纹，裂纹长度达到箱形梁周长2/3，深度大部分贯穿整个16 mm的壁厚。

该转向架为某厂1995年生产。为恢复客车的使用性能，若购置新构架，不仅增加修车成本，而且厂修周期加长。根据构架实际情况，经工厂有关部门研究，为节约客车修理成本，增加效益，缩短修车周期，决定对小端梁箱形梁的裂纹进行焊接修复。焊接修复质量的好坏直接影响着铁路的行车安全，因此必须采取相应的工艺措施保证焊接修复质量[1-4]。

1 裂纹产生的原因分析

造成客车转向架裂纹的原因是多方面的，包括材质、铸造质量和原焊修质量、受力状态及运行状况。经分析认为该构架裂纹产生的原因主要有以下几点。

1.1 铸造缺陷引起的裂纹

构架本身是铸造件，内部有夹杂、砂眼等缺陷是难免的。从力学的观点分析，缺陷部位与正常组织结合部的组织纤维会被逐渐撕裂，形成微小裂纹，随时间推移和走行距离的延长，裂纹逐渐扩展[1-2]。

1.2 列车提速加快了构架裂纹的进程

列车提速后，运行中所产生的交变载荷比提速前要大得多，在同样铸造缺陷的情况下，该处产裂纹以及裂纹扩展速度较提速前快得多，这也是导致客车构架在短时期产生裂纹的主要原因。

2 焊接性分析

经查阅有关资料，该构架为ZG25铸钢，其化学成分见表1，及力学性能见表2。

用碳当量法对其进行焊接性分析，通常采用国际焊接学会（IIW）推荐的碳当量计算公式来评价该钢材的焊接性。

（IIW）=0.4%～0.6%的范围，钢材的淬硬倾向明显增加，需要采用适当的工艺措施来保证焊接质量。由此表明，该钢种焊接性较差，在焊接热影响区易产生淬硬倾向，且工件的拘束度较大，在施焊时存在较大的焊接应力，反映了钢材焊接时具有一定的冷裂纹倾向。

3 焊接工艺性分析

众所周知，焊接接頭产生冷裂纹的主要原因是焊接热影响区存在一定的淬硬倾向、焊缝中含有一定数量的扩散氢和较大的焊接拉伸应力等诸因素综合所致[5]。为防止焊接冷裂纹的产生，第一，焊接时必须进行焊前预热，采用合理的热输入、焊后缓冷等措施，使焊缝及热影响区的焊后冷却速度降低，避免淬硬组织的产生，降低焊接应力水平；第二，焊接材料选用碱性低氢型焊条，且在使用前烘干，放在保温筒中随用随取，保温筒使用前须加热到100 ℃以上方可放焊条，以降低焊缝中扩散氢的含量；第三，焊后立即采用高温回火热处理，促使焊缝中的扩散氢充分逸出，以达到改善焊接接头组织性能，降低焊接残余应力的目的等相应的工艺措施来保证焊接质量。还应指出，因铸钢本身在铸造过程中自身固有的缺陷较多，因此施焊前，对坡口表面应进行检查，防止铸造砂眼、夹渣等缺陷对焊接质量的影响[3-5]。

4 焊接工艺的实施

4.1 焊前准备

（1）首先，用磁粉探伤来确定裂纹的位置及长度，然后在裂纹两端打10 mm的止裂孔。

（2）用角磨机彻底清除裂纹，并开制70° V形坡口，对穿透性裂纹的部位根部留3～4 mm间隙。

（3）用角磨机打磨坡口及两侧各20 mm范围内的母材表面水、锈、油污等杂物，直到露出金属光泽。

（4）焊接材料选用碱性低氢型焊条E5016，且在使用前须经350～400 ℃烘干2 h，放在保温筒中随用随取，保温筒使用前须加热到100 ℃以上方可放焊条。

（5）焊接设备采用交流手弧焊机（如有条件应采用直流电源，极性为反接法）。

4.2 施焊工艺

4.2.1 打底焊

为保证焊道不出现根部裂纹，施焊前焊缝及两侧各100 mm范围内采用氧乙炔火焰中性焰预热到200～250 ℃并用点温计测量。坡口形式及焊接顺序如图1所示。

施焊采用焊条J506，直径3.2 mm，交流手弧焊机，焊接电流为100～120 A。在坡口内引弧，引弧后将焊条探入坡根部，并在是钝边熔化的铁水与焊条的熔滴连在一起后，稍向坡口两侧摆动运条，使熔池扩大并形成第一个熔池后熄弧，然后采用“单点击穿法”灭弧焊，施焊过程中焊要对准熔池前部的1/3处，使每个熔池覆盖前一个熔池的2/3左右，灭弧动作要干净利落，不要拉长弧，接弧位置要准确，每次接弧时焊条中心对准熔池前端与母材交界处。熔孔要始终深入每侧母材0.5～1 mm，熔池的大小要保持一致，防止焊缝成形不良和焊瘤等缺陷，熔池铁水熔渣要分离，保证熔池铁水清晰明亮，以免产生气孔和夹渣等缺陷。每根焊条焊完接头时，电弧在焊缝下方5～10 mm左右起弧，连弧焊至熔孔前把焊条往下压一下，听到“噗、噗”声后，电弧恢复正常焊接时的电弧长度，两边左右摆一下，填满弧坑，使焊缝充分熔合后再灭弧，收弧时，要填满弧坑。

图1 坡口形式及焊接顺序

4.2.2 填充焊

打底焊焊后进行磁粉探伤，检验焊接接头在无裂纹等缺陷的情况下再进行填充焊。同样焊前对焊件进行预热200～250 ℃并用点温计测量。焊条采用J506，直径3.2 mm，焊接电流为100～110 A。填充焊时先用长弧对焊接部位稍加预热，由于焊条端部第一滴熔滴温度较低，质量不佳，所以必须把焊条端部第一滴铁水甩掉，再采用连弧焊不摆动手法进行施焊，但在坡口两端稍作停留，使母材熔化良好，防止母材与焊缝交界处产生夹角，并防止熔池温度过高，产生焊瘤等缺陷，且层间温度不低于预热温度。

4.2.3 盖面焊

盖面焊时的操作与填充焊基本相同，焊条用J506，直径为4 mm，焊接电流为160～180 A。需要注意的是焊条摆动到坡口边缘时要稍作停顿，防止咬边。焊后立即采用火焰加热的方法将焊缝两侧各100 mm范围内加热到600～650 ℃并用点温计测量，然后用石棉粉将焊接部位覆盖起来，保温缓冷。

4.3 焊缝检查

焊后工件放置48 h，对焊接接头外观进行检查，未发现咬边、裂纹、气孔、夹渣、焊瘤等缺陷时，然后进行X射线探伤检查，经实际检查，焊接接头的焊接质量良好。

4.4 焊后补强

为保证施焊部位的强度，根据工艺要求，在焊修部位加补强板进行补强，补强板材质选用Q295钢板，厚度为14 mm。先用角向磨光机将焊缝余高打磨至与母材平齐，再焊补强板。在焊接修复焊缝表面及两侧边缘各20 mm不焊，角焊缝焊脚尺寸为12 mm，施焊工藝和焊接修复时相同，焊接电流比盖面焊时大10%左右。

5 效果

（1）采用上述工艺又返修了多台同类型的构架，结果良好。

（2）从焊补后投入运行至今10余年，未发现任何异常情况。

（3）为公司节约客车修理成本，增加经济效益。

6 结论

采用上述工艺措施进行裂纹焊修及补强是可行的、质量是可靠的，为公司以后此类构架的返修积累了经验。