構架橫梁與側梁管-板T型接頭MAG組合焊工藝

宋佳曈，何 巖，張林儒，冀建華

（1.長春軌道客車股份有限公司，吉林長春130062；2.長春中車軌道車輛有限公司，吉林長春130000；3.西安向陽航天材料股份有限公司，陜西西安710065）

0 前言

轉向架是城鐵車的重要部件之一，具有支撐車體、引導車輛沿軌道運行，承受并傳遞車體至輪對、輪軌至車體間的各種載荷及作用力的作用[1]。構架是轉向架的關鍵部件，轉向架構架為鋼制焊接結構。在城鐵車運行過程中，側梁與橫梁之間的連接焊縫承載了較大應力，是構架結構中最為關鍵的焊縫[2]。本研究的橫側梁接口形式為橫梁插入箱型側梁的上下蓋板之間形成的T型接頭，如圖1所示。城鐵車橫側梁接口處的焊角大小為s19z10環焊縫，橫側梁接口處焊縫填充量較大，若完全采用MAG手工焊接，焊接效率極低，操作者工作強度較大；若該焊縫完全采用MAG自動化焊接，雖然生產效率有所提高，但由于橫梁與側梁組對精度不高，導致該處焊縫組對間隙不均勻，每個構架的焊縫均存在差異，而機械手的程序又較為固定，所以機械手焊接時打底層焊縫容易出現未熔合等焊接缺陷，蓋面層焊縫易出現填充量不均勻現象，使得該處焊縫打磨量大、返修率高，嚴重影響焊縫質量。本研究通過分析橫側梁接口處焊縫的特點，提出了MAG手工焊接與MAG自動化焊接相結合的方式，通過工藝評定選擇合適的焊接參數，驗證了該工藝的可行性[3]。

圖1 城鐵車構架橫側梁連接形式Fig.1 Connection form ofsubway frame’s cross beam and side beam

1 試驗材料及方法

1.1 試驗材料

橫梁管的材料為S355J2H+N無縫鋼管。側梁立板的材質為S355J2（H）熱軋鋼板，是國內生產的改良耐候結構鋼?；瘜W成分如表1所示。

表1 S355J2H+N/S355J2（H）化學成分 %Table 1 Chemical composition of S355J2H+N/S355J2（H）

1.2 試驗方法

依據ISO 15613標準程序[4]進行焊接工藝評定試驗。打底層采用MAG手工焊接，可根據組對間隙進行焊接參數（如焊接速度和擺動寬度）的調整；填充層采用MAG自動化焊接，以提高生產效率；蓋面層采用MAG手工焊接，根據坡口寬度采用多道焊。對焊接試件焊接完成后進行去應力退火處理、無損檢測、金相檢驗和硬度檢驗。

1.2.1 制備焊接試件及試件焊接

選用ER80S-G焊絲，直徑φ1.2 mm，焊接保護氣體為 φ（Ar）82%+φ（CO2）18%。接頭形式如圖2所示，焊接參數如表2所示。

1.2.2 去應力退火

焊后進行去應力退火，升溫加熱到550±15℃，恒溫2～3 h，然后將試件從550℃冷卻至300℃，隨爐冷卻，當隨爐工件溫度低于300℃后進行空冷。

圖2 焊接接頭形式及焊接順序Fig.2 Form and sequence of welded joints

表2 焊接工藝參數Table 2 Welding process parameters

2 試驗結果和分析

2.1 試驗結果

對去應力退火后的試件進行低倍金相檢驗（見圖3）和硬度檢驗（見圖4）[5]。金相檢驗結果滿足標準和設計的技術要求。硬度檢驗結果如表3所示，熱影響區硬度略有升高，母材、熱影響區和焊縫處的硬度檢驗結果滿足標準和設計的技術要求。

圖3 焊接接頭低倍金相Fig.3 Low magnification metallography of welded joint

2.2 MAG手工+MAG自動化組合焊接的優點

MAG手工+MAG自動化組合焊接工藝可以減少焊縫的返修率和打磨量，提高焊縫質量，并提高焊接效率。針對不同的焊接方式，以一條焊縫為例對比橫側梁接口環焊縫s19z10的焊接效率，如表4所示。由表4可知，采用MAG手工+MAG自動化組合焊接工藝與完全使用MAG手工焊接相比節省時間約58.3%，與完全使用MAG自動化焊接相比節省時間約67.7%，有效地提高了轉向架構架的生產效率。

圖4 硬度檢測示意Fig.4 Hardness test diagram

3 結論

（1）采用MAG手工+MAG自動化組合焊接工藝能夠有效提高橫側梁接口環焊縫的焊接效率，與完全使用MAG手工焊接相比節省時間約58.3%，與完全使用MAG自動化焊接相比節省時間約67.7%，減少了該處焊縫的返修率和打磨量，在保證焊縫質量的前提下提高了轉向架構架的生產效率。

（2）根據工藝評定的結果確定了合理的工藝參數，MAG手工+MAG自動化組合焊接工藝目前已經應用于多個國內外城鐵車項目。

表3 硬度檢測結果（HV10）Table 3 Hardness test results（HV10）

表4 使用不同焊接方式焊接橫側梁接口環焊縫s19z10的效率對比Table 4 Efficiency comparison of circle welds between cross beam and side beam with different welding methods