淺談焊接機械手在“7200”六軸電力機車轉(zhuǎn)向架側(cè)梁焊接上的運用

李小剛

摘要：本文結(jié)合公司實際生產(chǎn)，轉(zhuǎn)向架是機車的走行部位，是關(guān)于整個機車行駛安全的重要保障，要求焊接質(zhì)量高。通過分析機械手自動焊在7200kW大馬力六軸電力機車轉(zhuǎn)向架側(cè)梁外焊縫上的推廣應(yīng)用，針對機械手焊接轉(zhuǎn)向架側(cè)梁工藝要求，從而對焊接WPS進行了初步分析和探討，通過焊接試件做金相檢測，得出了實用可靠焊接方法、規(guī)范的結(jié)論。

關(guān)鍵詞：機械手;焊接;六軸電力機車;側(cè)梁

0 ?引言

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步，智能制造不斷提升，自動化生產(chǎn)設(shè)備在制造行業(yè)的應(yīng)用越來越普及。在焊接領(lǐng)域，焊接機械手的使用，減輕了一線生產(chǎn)工人的勞動強度，提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。本文就我公司引進的德國cloos雙臂雙絲焊接機械手在7200kW六軸電力機車轉(zhuǎn)向架側(cè)梁焊接上的應(yīng)用進行了初步探討。

1 ?工藝分析

1.1 母材焊接性分析及焊接材料的選用

7200kW六軸電力機車（HXD1C）轉(zhuǎn)向架構(gòu)架采用的材料主要為16MnDR，它是一種鐵素體型低溫鋼，低溫鋼是指在-40℃或更低的溫度下仍能保證其沖擊韌度的鋼類，主要用于制造石油、化工中的低溫設(shè)備，這類鋼在低溫時具有足夠的強度，還具有足夠的低溫韌性和抗脆性破壞的性能。材質(zhì)分析：16MnDR的工作溫度在-40-100℃，其顯微組織為鐵素體加少量珠光體，它的主要化學(xué)成分為：C≤0.20%，Mn：1.20-1.60%，Si：0.15-0.50%，S≤0.0125%，P≤0.030%，這種材料的碳當(dāng)量為0.4-0.47%，其焊接性比較好。我公司采用135-MAG焊，焊接材料為焊絲？準(zhǔn)1.2mmG4Si1，主要化學(xué)成分為：C：0.081%，S：0.009%，Si：0.96%，Mn：1.65%，P≤0.017%，Cu：0.075%。保護氣體為（80%Ar+20%CO2）對其進行焊接完全能夠滿足焊接工藝要求。

1.2 焊接工藝的確定

轉(zhuǎn)向架構(gòu)架側(cè)梁的主體結(jié)構(gòu)是箱體結(jié)構(gòu)，其總長度為6905±2，按DIN6700標(biāo)準(zhǔn)劃分焊接構(gòu)架的等級，此構(gòu)件的等級為C1級暨關(guān)鍵重要部件。在未采用焊接機械手之前，側(cè)梁4條外觀大焊縫采用手工MAG焊（保護氣體為80%Ar+20%CO2）焊接，人工焊接速度較慢，生產(chǎn)效率較低，且焊接質(zhì)量受焊工焊接水平、身體狀況、思想情緒較大影響。難以保證焊縫外觀成形一致，焊縫內(nèi)部溶合良好狀態(tài)。側(cè)梁外焊采用焊接機械手焊接后，焊接材料仍選用焊絲？準(zhǔn)1.2mmG4Si1，保護氣體同樣采用80%Ar+20%CO2不變，只對原先的焊接工藝進行調(diào)整，以保證焊接質(zhì)量達到工藝要求。

側(cè)梁外焊縫的坡口形式如圖1所示。

1.2.1 我們首先針對其坡口形式、焊縫長度，焊接層數(shù)、焊接順序編制了WPS工藝文件，采用表1所示焊接工藝參數(shù)。

1.2.2 焊接層道數(shù)如圖2所示。

1.2.3 焊接順序如圖3所示：打底焊接時按A-B-C-D的順序進行，層間冷卻到焊縫外25mm溫度低于50°，再進行下層焊接。填充層和蓋面層按照C-D-A-B的順序進行。每條焊縫焊接時，都從中間向兩邊焊接，每層的接頭之間錯開50-100mm，保證接頭不在一個截面。

1.2.4 氣體流量為15-20L/Min。

1.3 焊接試件工藝試驗

焊接試樣根據(jù)側(cè)梁立板厚度為t18，上、下蓋板的厚度分別為t20和t30，決定采用兩組試樣。一組尺寸規(guī)格為t18×200×800、t20×200×800。另一組尺寸規(guī)格為t18×200×800、t20×200×800。坡口形式和接頭形式如圖1，采用WPS工藝文件所制定的焊接工藝參數(shù)進行焊接。第一層為打底焊，我們根據(jù)焊接工藝參數(shù)選用雙絲打底的方法，焊接速度達到了95-100cm/min，同時焊接電流電壓也較大。最后三層均根據(jù)所制定的焊接工藝參數(shù)進行焊接。焊后焊縫VT檢測及MT檢測均未發(fā)現(xiàn)缺陷，在對焊接試樣進行金相試驗（參見圖4），通過試驗我們發(fā)現(xiàn)焊縫內(nèi)部熔合狀態(tài)好，焊縫熔合區(qū)及熱影響區(qū)組織均勻，晶粒未明顯長大。一切數(shù)據(jù)表明焊接方法、規(guī)范可靠，決定將試驗確定的焊接方法、工藝參數(shù)錄入工藝文件，投入實際焊接生產(chǎn)中。

1.4 工藝在生產(chǎn)中的驗證

在實際生產(chǎn)中，側(cè)梁第一道工序打底焊之后，發(fā)現(xiàn)焊縫出現(xiàn)了明顯裂紋，通過對比分析，總結(jié)出了可能的原因：首先打底焊采用雙絲焊接的方法，具有熱輸入量高，填充速度、焊接速度快，層間的溫度梯度大，而側(cè)梁沒有進行預(yù)熱，焊縫凝固冷卻時間較短的特點，在試驗條件下由于不存在拘束力，焊縫可自由收縮變形，因而不易產(chǎn)生裂紋。而在生產(chǎn)過程中，由于側(cè)梁梁體存在很大的拘束應(yīng)力，采用雙絲快速打底的方法使焊縫在凝固過程中難以自由收縮，因而極易形成裂紋。分析了裂紋產(chǎn)生的原因，為了避免裂紋的產(chǎn)生，必須對工藝參數(shù)進行修改。首先必須降低焊接速度，延長焊縫冷卻時間，于是將雙絲打底改為單絲打底，同時修改焊接工藝參數(shù)，如表2所示。

由于焊接速度的顯著下降，焊接電流電壓降低，延長了焊縫的凝固冷卻時間，使焊縫在拘束應(yīng)力的作用下能緩慢收縮，因而有效的避免了裂紋的產(chǎn)生。

2 ?結(jié)論

試驗條件下焊接工藝的確定往往與實際實際生產(chǎn)中有所差異。通過分析試驗條件下和實際生產(chǎn)條件的異同。合理選擇焊接工藝參數(shù)可以有效的控制焊接變形，減少焊接缺陷，保證焊接質(zhì)量。

按照以上焊接工藝參數(shù)，已完成了批量側(cè)梁的焊接生產(chǎn)，完全達到工藝設(shè)計要求。實驗證明，該工藝是合理可靠的，為公司后續(xù)采用機械手焊接奠定基礎(chǔ)。

參考文獻：

[1]中國機械工程學(xué)會焊接學(xué)會編輯.焊工手冊[M].北京：機械工業(yè)出版，2001.

[2]張文鉞主編.焊接冶金學(xué)基本原理[M].北京：機械出版社，2003.

[3]王勇主編.純金屬焊接熔池枝晶生長的相場法模擬初探[D].黑龍江：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2009.