淺析轉(zhuǎn)K6型轉(zhuǎn)向架支撐座組成焊縫缺陷的焊修

陳 敏，付 兵

（長(zhǎng)江車輛有限公司，湖北 武漢 430212）

轉(zhuǎn)K6型轉(zhuǎn)向架關(guān)鍵技術(shù)在于側(cè)架彈性下交叉支撐裝置，采用側(cè)架彈性下交叉支撐裝置，可以提高轉(zhuǎn)向架的抗菱剛度，從而提高轉(zhuǎn)向架的蛇行失穩(wěn)臨界速度，提高火車直線運(yùn)行的穩(wěn)定性。同時(shí)，交叉支撐裝置可以有效保持轉(zhuǎn)向架的正位狀態(tài)，從而減小車輛在直線和曲線運(yùn)行時(shí)輪對(duì)與鋼軌的沖角，改善轉(zhuǎn)向架的曲線通過性能，顯著減小輪軌磨耗[1]。

傳統(tǒng)三大件的兩側(cè)架之間僅通過搖枕、彈簧、斜楔連接，抵抗菱形變形的能力有限。轉(zhuǎn)K6轉(zhuǎn)向架的兩側(cè)架之間不但通過搖枕、彈簧、斜楔連接，而且增加了新的連接方式——交叉桿。轉(zhuǎn)向架抗菱剛度顯著增大。根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果，交叉支撐轉(zhuǎn)向架的空、重車抗菱剛度比原三大件式轉(zhuǎn)向架提高3倍～6倍。

支撐座組成檢修在南車下發(fā)的《產(chǎn)品質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)》中屬于F-A類，即高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。支撐座組成檢修過程中，常見缺陷類型有保持環(huán)與支撐座焊縫裂紋、支撐座與側(cè)架焊縫裂紋以及咬邊、未熔合、未焊透。本文就這些缺陷進(jìn)行了分析和解決[2]。

1 支撐座組成焊縫缺陷產(chǎn)生原因

1.1 三種牌號(hào)材料的焊接性分析

表1 保持環(huán)、支撐座與側(cè)架鋼材的化學(xué)成分

如表1中所示，保持環(huán)的材質(zhì)為Q345A，其化學(xué)成分見表1。根據(jù)碳當(dāng)量的計(jì)算，其碳當(dāng)量為0.36%～0.49%，屬于有淬硬性傾向的鋼，在焊接冷卻過程中，熱影響區(qū)容易形成淬硬組織——馬氏體，使近焊縫區(qū)的硬度提高，塑性下降，結(jié)果導(dǎo)致焊后產(chǎn)生裂紋。支撐座材質(zhì)為Q235，化學(xué)成份見表1，碳當(dāng)量為0.19%～0.328%，焊接性能良好。側(cè)架材質(zhì)為ZG230-450，化學(xué)成份見表1，碳當(dāng)量為0.44%，有明顯的淬硬性傾向，當(dāng)側(cè)架與支撐座進(jìn)行焊接時(shí)，側(cè)架的焊接性能較差，焊前需進(jìn)行預(yù)熱[3]。

1.2 保持環(huán)與支撐座焊縫缺陷

1.2.1 焊接裂紋

根據(jù)材料分析可以看出保持環(huán)的材質(zhì)屬于有淬硬性傾向的鋼，在焊接冷卻過程中，熱影響區(qū)容易形成淬硬組織——馬氏體，使近焊縫區(qū)的硬度提高，塑性下降，結(jié)果導(dǎo)致焊后產(chǎn)生裂紋。保持環(huán)與支撐座焊接時(shí)，當(dāng)環(huán)境溫度較低、焊接熱輸入較小時(shí)，會(huì)使焊縫金屬中的氫無法有效逸出，易產(chǎn)生冷裂紋[4]。

1.2.2 未熔合

未熔合是一種嚴(yán)重的焊接缺陷，它使焊縫的強(qiáng)度降低，引起應(yīng)力集中，促使焊接接頭裂紋的產(chǎn)生。保持環(huán)與支撐座焊縫在焊接時(shí)因?yàn)楹笜尳嵌群瓦\(yùn)條方法不正確容易產(chǎn)生未熔合。相對(duì)于焊縫1、2而言，焊縫3未熔合發(fā)生裂紋的幾率較高。（如圖1）。

圖1 保持環(huán)未熔合焊縫圖

1.2.3 疲勞裂紋

由于軸向橡膠墊鋼套外徑為63mm，保持環(huán)內(nèi)孔直徑為64.3，鋼套與保持環(huán)內(nèi)孔的最大間隙僅有1.3mm，當(dāng)車輛運(yùn)行特別是通過曲線時(shí)，交叉桿軸向橡膠墊受到擠壓，鋼套側(cè)壁與保持環(huán)內(nèi)孔側(cè)壁接觸處產(chǎn)生一定的摩擦力，保持環(huán)內(nèi)孔側(cè)壁左右分別反復(fù)受到橡膠墊鋼套的摩擦力作用，容易造成保持環(huán)焊縫開裂或中部發(fā)生斷裂。

1.3 支撐座與側(cè)架焊縫缺陷

1.3.1 焊接裂紋

由于支撐座材質(zhì)為Q235，化學(xué)成份見表1，碳當(dāng)量為0.19%～0.328%，焊接性能良好。側(cè)架鑄造材料為ZG230-450其化學(xué)成分見表1，碳當(dāng)量為0.44%，側(cè)架的焊接性能較差，當(dāng)環(huán)境溫度較低，熱輸入較小時(shí)，產(chǎn)生冷裂紋的傾向較明顯。

1.3.2 咬邊、未熔合或未焊透

側(cè)架安裝面存在較厚的氧化層，而且處于分型面上，如果焊接面清理不干凈，油污清除不徹底，會(huì)造成焊接后的熔接不良，產(chǎn)生大量飛濺并影響焊縫質(zhì)量。如圖2所示。

圖2 支撐座未熔合焊縫

1.3.3 組裝尺寸偏差對(duì)焊縫的影響

打磨不平坦會(huì)影響組對(duì)時(shí)側(cè)架與支撐座間的間隙，造成定位不良。因?yàn)闄C(jī)械手焊接是沿著程序設(shè)定軌跡運(yùn)行的，如圖3中a、b兩幅圖紅圈部位對(duì)比。雖然定位尺寸正負(fù)2mm都符合尺寸要求，但即使1mm也足以使焊槍角度發(fā)生偏差，從而產(chǎn)生咬邊或未熔合、未焊透現(xiàn)象。

圖3 組裝間隙

1.3.4 程序參數(shù)的編輯對(duì)焊縫的影響

側(cè)架與支撐座的焊接是經(jīng)過半自動(dòng)組對(duì)定位后用六軸機(jī)械手進(jìn)行自動(dòng)焊接，采用兩層兩道焊縫，蓋面焊時(shí)上下擺動(dòng)，振幅為8mm，最終形成焊角為8mm角焊縫，采用對(duì)稱焊法如圖4。由于是自動(dòng)化焊接，如果焊道2與焊道3之間設(shè)定的過渡時(shí)間過短，使操作人員沒有充足的時(shí)間發(fā)現(xiàn)焊道2中產(chǎn)生的氣孔及未熔合等缺陷并做出處理，會(huì)影響到焊道3的焊接，影響到整個(gè)焊縫的質(zhì)量。

圖4 焊接順序

2 轉(zhuǎn)K6型支撐座組成常見的缺陷的檢修要求

2.1 保持環(huán)裂紋

（1）保持環(huán)腐蝕、磨耗深度大于2mm或裂紋時(shí)更換新品。

（2）焊縫開裂時(shí)先消除裂紋再進(jìn)行焊修，焊修再次開裂時(shí)更換新品。

2.2 支撐座裂紋、尺寸超差

（1）支撐座裂紋及支撐座、側(cè)架件焊縫開裂時(shí)須鏟除裂紋后焊修。

（2）支撐座腐蝕深度大于3mm、貫通裂紋、經(jīng)過焊修再次裂紋時(shí)或原焊修焊縫開裂時(shí)更換。

（3）支撐座與側(cè)架定位尺寸為480mm±1mm、51mm±2mm、387mm±2mm，超過時(shí)更換支撐座。內(nèi)外保持環(huán)與導(dǎo)框頂面垂直度為1mm，保持環(huán)與支撐座之間局部間隙不大于0.5mm，內(nèi)保持環(huán)與中心線夾角25°±1°，超過時(shí)更換支撐座。

2.3 熱處理

使用加熱炬對(duì)需要進(jìn)行消除應(yīng)力的部位進(jìn)行加熱，待消除應(yīng)力的面積為焊縫周圍從焊縫中心到最大外邊緣距離的1.5倍或補(bǔ)焊區(qū)周圍至少100mm的區(qū)域均勻一致加熱到500℃～650℃。加熱后使用石棉被覆蓋保溫緩冷，時(shí)間要求為：每6mm焊縫深度15min，小于6mm的焊縫，時(shí)間不小于15min。

3 支撐座組成焊縫缺陷的焊修

3.1 保持環(huán)與支撐座焊縫的焊修

3.1.1 焊接設(shè)備

采用YD-500KR2HGE型晶閘管控制CO2/MAG氣保焊機(jī)。

3.1.2 焊接材料

（1）ER50-6焊絲直徑為1.2mm實(shí)心焊絲。

表2 ER50-6焊絲化學(xué)成份

表3 ER50-6焊絲力學(xué)性能

（2）保護(hù)氣體。采用保護(hù)氣體為80%Ar+20%CO2的混合氣體，氣體流量為15L/min～20L/min，當(dāng)壓力低于0.98MPa時(shí)，應(yīng)更換。

3.1.3 焊前準(zhǔn)備

可采用鏟、鉆、打磨、火焰切割及電弧氣刨等方式進(jìn)行，缺陷及裂紋必須徹底清除干凈，并采用探傷方式確認(rèn)。嚴(yán)禁采用電弧融化方式去除。

3.1.4 保持環(huán)與支撐座的組裝

按照檢修要求，必要時(shí)須更換保持環(huán)。組裝時(shí)保持環(huán)與支撐座的接觸間隙不大于0.5mm，用塞尺檢查合格后緊固定位方可施焊。

3.1.5 保持環(huán)與支撐座的焊接

焊接位置為平角焊，焊縫分為三條，焊角為4mm，焊縫長(zhǎng)度為51mm～64mm。焊接采用左焊法，焊槍與支撐座的夾角為45°±5°，焊槍傾角應(yīng)成75°～85°焊槍焊絲對(duì)準(zhǔn)焊縫，保證焊縫充分熔合。焊接規(guī)范如表4。

表4 焊接規(guī)范

如果使用的焊槍型號(hào)為500A，其槍嘴直徑為24.5mm，焊接時(shí)由于保持環(huán)與支撐座焊縫夾角較小容易焊偏，如果改用型號(hào)為350A焊槍，槍嘴直徑為20mm，可以增加焊槍與支撐座夾角的空間，有利于提高焊接的融合性，尤其是對(duì)焊縫3的焊接。如圖4。

圖5 500A焊槍與350A焊槍對(duì)比

為了減少保持環(huán)與支撐座這兩類鋼焊接接頭熱影響區(qū)的淬硬傾向和消除冷裂紋，使氫能從焊縫金屬中逸出，可以采用較大的熱輸入，如使用較慢的焊接速度。

焊后對(duì)保持環(huán)進(jìn)行保溫緩冷，可將石棉被縫制成帽型，對(duì)支撐座進(jìn)行較全方位的覆蓋。

3.2 支撐座與側(cè)架的焊接

支撐座與側(cè)架組對(duì)定位時(shí)盡量由同一操作人員用相同的操作手法進(jìn)行組裝，保持支撐座定位的一致性。

3.2.1 焊前準(zhǔn)備

側(cè)架為鑄造材料，鑄造件表面存在較厚的氧化皮和預(yù)涂底漆，在支撐座組對(duì)前對(duì)焊縫區(qū)30mm范圍內(nèi)用風(fēng)砂輪打磨去除預(yù)涂底漆和氧化皮，直至見金屬光澤。

3.2.2 裝配要求

采用ZDJJ-QC-02組對(duì)夾具將支撐座定位在側(cè)架上，支撐座與側(cè)架定位尺寸為480mm±1mm、51mm±2mm、387mm±2mm，內(nèi)外保持環(huán)與導(dǎo)框頂面垂直度為1mm，保持環(huán)與支撐座之間局部間隙不大于0.5mm，內(nèi)保持環(huán)與中心線夾角25±1°側(cè)架與支撐座之間的間隙不得大于2mm。

3.2.3 焊接過程

當(dāng)環(huán)境溫度高于5℃時(shí)需對(duì)焊接部位預(yù)熱到50℃～250℃，預(yù)熱后方可啟動(dòng)焊機(jī)進(jìn)行焊接。環(huán)境溫度低于5℃時(shí)不能進(jìn)行支撐座的焊接。檢查確認(rèn)上工序無誤后進(jìn)行定位焊，定位焊無裂紋后方可焊接。將側(cè)架吊入自動(dòng)焊裝置，調(diào)整好支撐座焊接位置，編輯機(jī)械手自動(dòng)焊的焊接程序。

（1）機(jī)械手姿態(tài)控制，為避免機(jī)械手在運(yùn)動(dòng)過程中發(fā)生限位，在編程過程時(shí)要注意軸參數(shù)的變化，保證手臂姿態(tài)舒展。

（2）機(jī)械手編程時(shí)速度的控制。機(jī)械手在編程過程中要將運(yùn)動(dòng)速度轉(zhuǎn)為慢速，示教編程時(shí)機(jī)械手的空間位置，焊槍的角度要不斷調(diào)整，按工藝要求設(shè)置焊接參數(shù)。

（3）在編程時(shí)，適當(dāng)降低每道焊縫間空走點(diǎn)的速度【既延長(zhǎng)前文中焊道2（打底焊）到焊道3（蓋面焊）的過渡時(shí)間】，原空走點(diǎn)速度的默認(rèn)值為20m/min，可修改為10m/min。方便操作人員對(duì)每道焊縫的觀察及做出必要反應(yīng)的時(shí)間。

程序編輯完成后再將焊槍沿軌跡空走一遍，確認(rèn)運(yùn)行軌跡無誤，方可開始焊接。焊接規(guī)范見表4。

3.2.4 焊接后檢查

側(cè)架、支撐座焊接后24h，對(duì)側(cè)架支撐座焊縫進(jìn)行磁粉探傷檢查。

4 結(jié)論

轉(zhuǎn)K6型轉(zhuǎn)向架支撐座組成缺陷的檢修不僅僅是關(guān)乎產(chǎn)品質(zhì)量，更關(guān)系到車輛運(yùn)行的安全性。本論文講述了我在實(shí)際工作中采用合理的焊接規(guī)范及操作技能，有效的防止支撐座組成焊接缺陷的產(chǎn)生，提高了支撐座組成的檢修合格率，降低了修車成本，并在實(shí)際生產(chǎn)中普遍運(yùn)用。確保轉(zhuǎn)K6型轉(zhuǎn)向架到下一檢修期間的運(yùn)行安全。