轉向架構架用鑄件缺陷焊接修復技術研究

吳彩 潘文全

摘 要：轉向架作為列車的行走部件對列車的安全有著至關重要的地位，其中擔負著整個列車支撐任務的轉向架構架的重要性更是不言而喻。轉向架構架主要由側梁、橫梁、縱梁、齒輪箱吊座和電機吊座等部分構成。鑄件由于其成本低、易成形的特點而廣泛應用于軌道交通、航空航天和船舶制造等行業。但是鑄件質量的穩定性較差，每一批或者每一個鑄件都可能由于生產過程的小錯誤造成氣孔、縮松、夾雜和裂紋等缺陷。所以在鑄件生產和使用過程，缺陷修復是很重要的技術。鑒于此，本文對轉向架構架用鑄件缺陷焊接修復技術研究進行分析，以供參考。

關鍵詞：架構；鑄件缺陷；焊接修復

引言

鑄件缺陷問題困擾著每一個鑄件生產廠家和用戶，找到一種快速、簡便的修補方法具有較好的現實意義。經過本次齒輪箱吊座修補可知，焊接修復是鑄件修復的一個可行方案，焊修所用的工具簡單，能夠在發現缺陷后隨時隨地進行焊修，從而能夠降低鑄件單件及相關部件的報廢率，提高生產效率及經濟效益。

1 鑄件缺陷及原因分析

齒輪箱吊座作為齒輪箱的固定裝置，由于其結構復雜，如果采用鋼板組焊的方案，焊縫多而集中，工藝難度較大，焊后應力和焊接變形較大。經過對比分析后，選用了綜合性能更具有優勢的鑄造齒輪箱吊座。齒輪箱吊座組焊到構架上后，在進行機械加工時發現部分齒輪箱吊座鍵槽位置有長條形氣孔存在，其寬3mm，深4mm，長20mm。

針對已經組焊在構架上的齒輪箱吊座，若將組焊后的鑄件完全更換，可能會導致整個構架報廢，若想繼續使用現有的齒輪箱吊座，對其進行局部補焊修復是最好的、也是唯一的解決方法。

2 焊接應用優勢

①保障均一性。對焊接機器人進行使用，能夠在一定程度上提升焊接質量，能夠焊接工藝就有均一性。焊接期間各個參數，如電流、電壓和焊接素對、焊接干伸長度等對于焊接結果起到決定性作用。通過機器人進行焊接過程中，不同焊縫焊接參數均屬于恒定的，能夠降低對工人操作技術的需要。這種情況下，焊接質量足夠穩定。采用人工焊接方式，焊接速度以及伸長速度都有一定的變化，這就很難實現焊接質量均一性。②改善勞動條件。對焊接機器人進行應用，工人只需要對工件進行裝修，能夠遠離焊光以及煙霧等的傷害，針對點焊而言，不再使用人工搬運方式，減少人員工作量。③提高生產率。機器人不會出現疲勞現象，因此可以24h持續工作，隨著高速焊接技術的應用，促使機器人焊接效率進一步增加。④產品質量容易控制。使用焊接機器人，生產節拍是固定的，能夠按照生產計劃進行。⑤能夠縮短工期。對焊接機器人進行應用，能夠適當縮短產品生產周期，同時能夠減少設備投入，實現小批量生產。機器惹你和專機兩者最大的差別就是，機器人能夠通過程序的修改，適應不同形式爹工件生產。

3 焊機機器人系統在轉向架構架焊接中的運用

3.1 電氣控制系統

將PHG示教器作為該控制系統的中心，技術人員借助以太網和PC計算機相結合，從而實現對機器人狀態的控制。PHG示教器是通過在線示教編程技術，選擇可觸碰示教器，在其上方設置紅色按鈕控制。當通電之后，則可以看到示教器屏幕上顯示出機器人圖標。相應控制柜上方設有間盤，左側面分別連接電纜，在間盤盒的內部存在驅動以及代碼顯示器。在控制柜的內部包含了計算機控制功能、總線板、I/O板和電弧跟蹤板、焊機板等，同時還包含不同操作模式開關，并且還設置了不同形式的功能開關。計算機的主要內容為CPU主板和FCIF接口板等。

3.2 機械傳動機構

針對焊機而言，其使用的最大電流是550A，同時在相應焊機上方有一個操作板面，同時還設置了相應啟動開關，對這一啟動開關進行應用，能夠促使電壓以及電流達到顯示。在面板的右側位置，一共設置了4個按鈕，這些按鈕主要被應用在焊接材料、焊絲直徑以及焊接方式的選擇上。在相應面板上還設置了相應的溫度報警指示發光管。在焊機的側面位置設置的水位指示。而焊接的下側位置有一定的放水開關。其中焊接電源在焊機當中屬于比較重要的組成部分，能夠實現數字化和智能化目標，這就能夠在一定程度上促使焊接的整個過程得以滿足。而送絲機構的內部分別設置了2個壓絲輪以及2個送絲輪，其中還存在2個帶頭數字壓絲調整手柄。此外，還存在部分附加裝置接頭。清槍機當中主要有鉸刀、清理機構以及噴防飛濺氣動機構等。

4 焊接修復工藝方案

制訂返修方案既要考慮材料的本身性能特點，也需要考慮鑄造件的特點。鑄件材質為G20Mn5，是一種低碳低合金鑄件，其化學成分范圍大致對應國標中的ZG20Mn與ZG20SiMn（S，P含量要求更低）。該鋼種具有焊接性好、裂紋傾向小、綜合力學性能優異等特點，在軌道交通領域，該材料主要應用于牽引電機中的端蓋、壓圈、懸掛肋及轉向架支架等鑄件。

考慮到上述因素，在制訂返修方案之前，按照ISO15614-1—2012標準進行了工藝評定試驗，確保所使用的返修方案切實可行，根據缺陷情況、材料屬性和鑄造特點制訂出返修方案。

（1）使用直磨機打磨去除鑄造缺陷，直至將鑄造缺陷徹底去除，同時清理焊接坡口及坡口周邊區域的漆、銹、油污等雜質，保持待焊部位20mm范圍內無上述污物，并露出金屬光澤。

（4）采用多層多道焊，焊接時每層焊縫厚度不得超過4mm，多層焊時建議第1層焊縫采用較小電流施焊，以減小焊縫的熔合比，防止產生熱裂紋。每焊完一層后應徹底清除熔渣，發現裂紋及其他缺陷應徹底清除后方可焊接下一層。

5 解決措施

5.1 提升組對精度

從原因分析可以看出，對交叉桿焊接質量危害最大的是焊偏及焊縫形狀幾何不連續。為使焊縫截面成型更規則，避免焊偏、焊趾厚度突變等，必須保證兩側焊縫寬度d相等且空間位置相對固定。為提高組對精度，新設計了組對通止規。該通止規分d1、d2兩個臺階，d1為最小組對間隙，d2為最大組對間隙。實際組對檢查以d1部分能通過，d2部分不能通過為合格，

5.2 “爬坡法”優化為“下坡法”

為解決“爬坡焊”帶來的不利影響，通過調整焊接角度及焊接方向將“爬坡法”優化為“下坡法”焊接工藝。調整后的方向如圖8所示，由于改變了焊槍傾角及焊接方向，電弧直接指向熔池，既保證了熔深（1.5～2.5mm），又控制了余高（0.5～2mm）。

6 結束語

鐵路列車轉向架焊接構架生產制造過程中一般會預先采取剛性固定、反變形或者優化焊接順序等措施預防或減小焊接變形，但由于影響焊接變形的因素較多，焊接變形仍難以避免。而且，采用不同的工藝措施，焊后往往會存在不同程度的焊接殘余應力。焊接變形會影響工件尺寸精度，甚至達不到圖樣要求，造成無法裝配和使用的難題。焊接殘余應力會降低工件，尤其是焊縫的疲勞性能，從而影響車輛運行安全和使用壽命。因此，焊接變形及殘余應力是鐵路列車轉向架焊接必須考慮及研究的課題。

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