馬來西亞動車下蓋板組成焊接工藝分析

余永權 賴鷗

摘 要：文章介紹了下蓋板組成的結構特點和焊接難點，分析其焊接工藝難點，著重闡述了工藝放量、焊接參數、工裝定位、坡口形式等對焊接質量的影響，并通過試驗進行了驗證。通過文章的分析，希望對相關工作提供借鑒。

關鍵詞：下蓋板組成；焊接；工藝；工裝

前言

隨著社會的高速發展，人們對交通工具的需求越來越大，需求的質量也越來越高，城軌作為一大快捷的交通工具，也必將越來越普及。作為中國電力機車的主要研制生產基地、國家城軌車輛國產化定點制造企業，我公司與馬來西亞政府進行了馬來西亞城際動車組項目的合作生產。馬來西亞動車以上海11號線地鐵作為參考模版，根據馬來西亞吉隆坡南北城際運營線實際軌道情況獨力進行研發和設計，結構復雜，特別是作為走行部分的轉向架，質量要求更高。作為轉向架構架的重要組成部分的下蓋板組成，其焊接質量的好壞將直接影響到轉向架的行車安全，乃至整個城際動車車輛的行車安全。為此在動車構架下蓋板組成的制造過程中，必須采用合適的工藝，確保下蓋板組成的焊接質量。

1 下蓋板組成結構特點：

1.1 下蓋板組成

下蓋板組成由端部下蓋板（一）、轉臂定位座、中間下蓋板和端部下蓋板（二）組成，結構比較規則對稱，如下圖1所示：

1.2 化學成分[1]

下蓋板組成的各部件材質不一，屬于異種鋼的對接，焊接難度大。端部下蓋板（一）、中間下蓋板和端部下蓋板（二）的材質均為低溫容器板16MnDR，16MnDR鋼是鐵素體型低溫鋼，屬于低合金系統，溫度等級為-40℃，熱軋熱處理狀態，其中碳及其合金元素含量較低，化學成分見表一。轉臂定位座的材質為G20Mn5鑄鋼件，交貨狀態為調質態QT（即淬火+回火），含碳量0.17～0.23%，添加有少量Ni成分，化學成分見表2。

計算可得16MnDR鋼的碳當量CE=0.466%，碳當量不高，焊接厚度20mm以下的鋼板可以不預熱。淬硬傾向小，室溫下焊接一般不易產生冷裂紋。鋼在扎制過程中，硫、磷含量控制較低，所以也不易產生熱裂紋。

1.3 坡口分析

下蓋板組成的接頭部位母材厚度為16mm，為保證焊透和有效控制母材和填充金屬的熔合比，所以需要開坡口，焊接接頭為單面為V形坡口，鈍邊為2mm。其中V形坡口的深度為14mm、斜邊角度25°，焊接量大，按EN 15085的要求：焊縫質量等級為CPB，焊縫的檢驗等級為CT1，焊接質量要求高。坡口形式見圖2：

2 工藝分析

2.1 工藝放量

為保證各梁體焊接后尺寸滿足設計圖紙要求，所以從板材尺寸放量和工裝定位尺寸放量兩個方面來進行工藝放量：

2.1.1 板材工藝放量尺寸是根據經驗公式計算得來的，根據的經驗公式：

？駐L=0.86×10-6qvL和qv=ηUI/v

其中，qv-焊接線能量，？駐L-焊縫縱向收縮量，L-焊縫總長度，U-電弧電壓，I-焊接電流，η-電弧熱效率，v-焊接速度

一般情況下，鋼材的？駐L/L約為1/1000。根據梁體結構、板材厚度、焊接量大小等，暫按1.5/1000的比例進行工藝放量。

2.1.2 工裝定位工藝放量尺寸根據經驗，對轉臂定位座和一系簧孔的定位尺寸進行放量每邊約2mm的尺寸進行放量。

2.2 工裝定位壓緊方式

根據下蓋板組成的結構特點，為保證焊接質量，防止焊接變形，下蓋板組成的焊接工裝就必須滿足方便焊接、控制焊接變形和減少勞動強度的作用。因此各定位點必須以機加工面作為基準平面，壓緊方式采用機械壓緊方式和液壓方式，在對接焊縫附近的壓緊方式采用液壓壓緊，因為焊接時的熱應力很大，壓力不夠，很容易造成焊接變形，而其他壓緊點用機械壓緊方式就可保證壓緊，在有壓型和弧度的地方需增加壓緊點。

3 焊前準備

來料檢查，保證各零部件符合圖紙要求，均貼有合格標識，是否符合工藝質量要求，重點檢查中間下蓋板的折彎角度，板料的坡口及鈍邊。打磨配件上焊縫兩側20mm范圍內至見金屬光澤，清除鐵銹油污等雜質，保證焊縫各部位均勻一致。將中間下蓋板和端下蓋板依次吊入下蓋板組成工裝，組裝好并壓緊固定；根據EN 15085焊接標準的要求，鑄件的焊接必須對其進行預熱，選用預熱溫度為150℃～200℃；焊縫接頭間隙，約為2-4mm。

4 試件焊接

4.1 焊接方法

結合公司實際生產所用焊接方法，確定采用富氬保護焊（MAG）（Ar80%+CO220%）。

4.2 焊接參數的選擇

選擇焊接電源為PANA-AUTO KR50焊機；初步確定焊接參數為焊接電流220-280A，焊接電源24-30V，保護氣體流量15-20（L/m），送絲速度10-14（m/min），焊接速度350-500（mm/min）。

4.3 焊絲選擇

根據母材為16MnDR的化學成分和機械性能[3]（表3），選擇焊材型號為大西洋牌ER70S-3焊絲，直徑為φ1.2；

4.4 焊接順序和方向

在工裝相應位置安裝焊接用陶瓷墊板，焊接對接焊縫；焊接時從左到右施焊。每焊接一層后交替進行焊接，并且焊接的方向必須一致。以上焊接，焊接完成每層后，進行層間清理，必須等離焊縫25mm處冷卻到約50℃（手摸可停留30s以上）以下才能進行下一層的焊接。焊接時采用PA位置焊接，焊槍可適上下當擺動。同時還要注意焊槍移動速度均勻，焊槍應對準坡口的中心線等。

5 結束語

焊接完成后，首先進行焊縫的外觀檢查，發現焊縫外觀成型美觀。并經檢驗證明，該焊接工藝能很好的確保下蓋板組成的焊接質量和工藝質量要求，滿足設計要求，同時還提高了生產效率，降低了勞動強度，降低了生產制造成本。特別是從板材的尺寸放量和工裝定位尺寸放量兩個方面來進行的工藝放量能很好的保證焊接后工件的尺寸符合設計圖紙要求。可作為批量生產時的焊接工藝使用。

參考文獻

[1]中國機械工程學會焊接學會.焊接手冊（第三卷）焊接結構[M].機械工業出版社出版，2001，8.

[2]周振豐，等.焊接冶金學（金屬焊接性）[M].機械工業出版社出版，2002，6.

[3]中國機械工程學會焊接學會.焊接手冊（第二卷）材料的焊接[M].機械工業出版社出版，2001，8.