HXD2机车轴箱拉杆座裂损原因分析及修复工艺研究

周学文

中国铁路西安局集团有限公司机务部 陕西西安 710054

1 问题的提出

西安局集团公司共配属HXD2机车187台，担当西康、襄渝、阳安等线路的货运任务。2019年4月份，安康机务段配属HXD2-1006机车，发生A 节第二转向架（DJH11，序号0018）左侧第4位轴箱前拉杆座（DJ120106）与201310017#构架右侧梁下盖板连接焊缝开裂故障，4条焊接面中有3处开焊裂纹，裂纹长度分别为240mm、235mm、200mm，最大裂宽5mm。具体见图1。

图1

2 裂损分析

2.1 机车排查

通过对其余186台机车24小时不间断普查，将HXD2机车转向架拉杆座纳入了趟检检查视频拍摄关键项点，未发现其它机车存在同类问题[1]。

2.2 原因分析

经过现场对裂纹焊缝进行外观观察、断口分析和消除裂纹打磨发现以下现象：

（1）裂纹焊缝实际焊缝厚度6.4mm，且焊缝外观质量良好，焊缝尺寸符合 ISO5817标准要求。

（2）从断口处可看出构架外侧拐角处焊缝断面光滑，其余位置均存在焊缝横向的撕裂纹，而且由于焊缝拐角处应力集中严重，所以认为该处为裂纹源。

（3）打磨过程中发现，在距离焊缝外侧拐角约15-20mm 处存在约3＊4mm 的夹渣，用焊丝捅后，出现了同样大小的孔洞，详见图2。

图2

（4）继续打磨焊缝后发现焊缝夹渣清除了，但在距离该处约10mm处出现了铸件夹砂现象，详见图3、图4。

图3

图4

（5）将铸件夹砂通过打磨完全去除后，在铸件上留下了一个25＊15mm、深4mm 的坑，详见图5。

图5

通过以上现象分析，造成焊缝裂纹的根本原因是铸件近表层存在夹砂现象，焊接后，在焊缝中形成了约3＊4mm 大小的夹渣，使焊缝强度大大降低，在焊缝长期受到疲劳载荷的作用下，局部产生裂纹并不断扩展。铸件夹砂是由于铸造过程中，造型工在造型或合箱时的操作不当等原因造成，但该种现象为偶发现象[2]。

经深入分析故障原因为：⑴拉杆座近表面处存在铸造缺陷，新造焊接前探伤未发现（缺陷恰好在尖角处），焊接后造成内部有空腔，约3＊4，形成裂纹源；⑵后期机车在运用过程中，受走行部振动影响，裂纹源在交变载荷作用下进一步扩展，最终造成拉杆座三条焊缝开裂。

3 修复工艺方案

3.1 施焊条件

焊工必须具备以下资质，且完成合格的工作试件才能进行相应焊接操作。

平角焊：ISO9606-1111P FW2FM2B t14PF ml

仰角焊：ISO9606-1111P FW2FM2B t14PD ml

选择E6015φ3.2焊条，焊接前焊条应进行烘干，加热温度350℃±50℃，保温2小时。干燥后的焊条应该保存在保温桶内，随用随取。环境要求：相对湿度≤80%，温度≥10℃。

3.2 去除缺陷及焊前准备

用旋转锉去除缺陷，如果缺陷较大可以使用直径120mm的砂轮去除。

去除缺陷后的形状为V或U形，底部不能出现尖角、凹坑等影响焊接的几何形状，为了保证焊缝质量，长度方向可以延长，且不得小于20mm。

裂纹缺陷打磨后进行探伤，确认缺陷消除后进行焊修。

缺陷打磨后区域长度小于50mm，宽度小于5mm，可以采用仰焊位置焊接。

缺陷打磨后区域长度大于50mm，或者宽度大于5mm，必须保证焊接位置处于平焊位置进行焊接。

图6中指定区域中（每个构架四处）存在缺陷必须进行平角焊接。

图6

清理焊接表面，保证焊缝周边50mm范围内不得有油漆、油脂、水、锈等。

用阻燃布对焊接区域周围所有加工面和油漆表面进行保护。

3.3 焊修过程

必须在焊接监督人员见证下进行焊接操作。

各焊道之间必须清理，不得有夹渣、药皮等影响焊接的因素。

焊修表面堆焊每层厚度2-4mm。

焊接层与层之间采用锤击法消除应力，锤击焊缝时，温度应维持在100-150℃之间，避免在200-300℃之间进行。

缺陷位于下图虚线所指尺寸区域中，焊修后进行重熔处理，执行文件FC99003《TIG非熔化极钨极氩弧焊定位焊技术规范》。

3.4 焊接参数

焊接位置 焊条直径（mm） 电流强度（A）标准值 最小值 最大值平角焊PB 3.2 120 100 140仰角焊PD 3.2 100 90 120

3.5 焊后检查

焊缝冷却到室温后，用砂轮打磨成圆滑过渡。

目视检查焊缝表面不允许存在夹渣、气孔、裂纹等焊接缺陷。

修复24小时后，进行探伤（探伤要求及工艺见：GY（19）DJH11-002《构架上拉杆座（二）焊缝渗透探伤工艺》），探伤合格后进行补漆（包括焊修用接地位置）[3]。

4 控制措施

通过以上修复，针对HXD2-1006机车制定以下控制措施：

4.1.1 故障机车投入运用每次入库后，连续3趟对该位置进行渗透探伤检查，结束后，每月对该位置进行一次跟踪检查，持续至该车机车进入C5修解体，C5修时对该位置彻底探伤检查。

4.1.2 对配属全部HXD2型机车轴箱拉杆座焊缝全面探伤普查，发现异常及时确认并处置。

4.1.3 做好车载走行部数据分析，整备作业时发现走行部存在数据异常及时重点检查，发现走行部异常，数据分析人员对该位置数据进行重点分析并反馈。

4.1.4 将HXD2型机车轴箱拉杆座焊缝检查纳入机车出入库摄像手电拍摄项点，管理人员结合视频分析、跟班作业，检查落实情况。