機車車輛車體部件焊接工藝優化分析

許廣軍 李勇

摘要：機車具有復雜的車體結構，焊接生產質量會受到多種因素的影響，焊接產生的缺陷難以得到良好的后處理，不僅浪費了生產材料，還會對產品質量和生產周期造成影響，本文從焊接工藝方面入手，對機車車輛車體部件的優化措施進行了分析，在焊接階段應用了全新的預熱手法、并對層間清理等工藝進行了優化，大幅提升了產品工作效率，大幅降低了返修率，明顯改善了產品質量。

關鍵詞：機車車輛車體部件;焊接工藝;優化分析

牽枕緩是最重要的機車車體底架部分之一，用起來連接車輛，能夠大幅提升牽引力的承載能力，存在較大的受力，所以高質量的生產工藝能夠保證車輛的安全運行。材梁組成是最重要的牽枕緩部件之一，因此，本文優化了機車車輛車體部件焊接工藝后，實現了對生產效率和產品質量的大幅提升。

一、焊接產品缺陷分析

本文從結構特點和焊接成型工藝方面，對枕梁組成進行了研究分析，導致裂紋出現的原因如下：

（1）缺乏均勻的應力。焊縫筋板連接坡口處存在復雜的盈利，再加上部件具有較大的尺寸，因此在焊接期間，由于無法進行良好的焊接收縮，因此焊接應力會導致裂紋的產生。

（2）厚度不同的材料存在不均勻的受熱。由于將厚度較大的板應用到了筋板與坡口處，因此需要較大的熱量。所以筋板和墊板兩者在焊接期間存在的焊接溫差較大，因此會導致熱裂紋的產生。

（3）不理想的焊接熔深。由于筋板處的焊接結構較為特殊，因此根部無需用到溝槽，相比墊板焊接來說，此位置不會導致焊接背透的形成，雖然第一道焊接并不強。焊接熔深勉強能夠滿足工藝要求，然而就算焊接裂紋并不存在，由于缺乏理想的熔深，所以經過UT檢測通常能夠發現該位置并沒有較深的熔深。

（4）缺乏全方位的墊板裝配。有客觀條件有限，在對焊接板進行裝配時，無法根據理論情況進行完善的裝配，所以墊板時常會裝偏，墊板槽與根部間隙存在較大的偏離，墊板檐會露出，就算采用切片切割，也會從一定程度上對焊接質量造成影響，導致根部無法理想成型。在焊接鋁合金期間，加熱不均勻也會加大焊縫溫度及其周邊溫度，經過冷卻處理后，焊縫的收縮力和內應力也會有所不同，形成各種形狀的焊接結構，由于鋁比鋼的熱導率大了3倍，所以想要在焊接期間控制好鋁合金變形問題，比碳鋼結構有著更大的難度，鋁合金在過高的干溫度下會形成全新的晶粒組織，進而改變其體積或焊接件的形狀，這從根本上改變了焊接應力，它能夠使焊接部件形成全新的尺寸，整個構建缺乏良好的穩定性就無法正常承受荷載，對其的矯正需要耗費的人力和物力較大，情況嚴重的還會導致焊接品無法正常使用。

二、焊接缺陷的解決方案和成型工藝優化

（1）在焊接期間想要解決不均勻的應力和不良的余熱問題，就需要根據焊接要求，做好對工件焊縫坡口的率先預熱處理，預熱到100-120℃，通常來說，焊縫兩側的預熱范圍在25mm內。由于存在較大的部件，因此在進行焊接的過程中，會嚴重散失越熱溫度，熔池金屬在焊接期間的流動性也并不強，焊縫無法理想成形，更易導致未熔合缺陷的形成。在焊接前進行預熱時，對該結構的預熱范圍和余預熱寬度需要適當。如果沒有充分預熱，也就是在25mm厚的板中進行129℃的余熱，會導致熱量在局部余熱期間的大量散失，無法達到均勻的焊接溫度，也無法獲取到理想的焊接成型效果，如果對預熱范圍和余熱溫度進行適當調節，在焊縫兩側加大50mm余熱范圍，在90℃下進行越熱，雖然比前者溫度更低，但是由于熔池金屬在焊接期間的流動性好，不會快速流失整體溫度，焊縫能夠在焊接期間自由收縮，因此可以使裂紋的出現得到有效的減少。在整體余熱完成后需要進行適當時間的停留，如此能夠形成更加均勻的熱量導熱，此類焊縫形式能夠保證筋板與坡口的溫度盡量保持一致，因此，在此位置進行焊接時，熔池金屬不會出現明顯的變化，也能夠裂紋起到良好的預防作用。預熱完成后需要在停留期間反復測量坡口附近溫度以及下部筋板溫度。如果存在著較大的溫度差，就需要再次加熱。加熱完成后需要適當錘擊坡口筋板周邊，以此來使筋板處所殘留的焊接應力能夠得到進一步降低。如果存在5℃左右的溫差，就能夠進行焊接。

（2）想要避免焊接件結構帶來的熔深缺陷問題，由于沒有在焊接筋板結構部位預留用于焊接的溝槽，操作期間的直接焊接需要在預熱完成后，然而焊接后會加大裂紋出現的可能，因此需要再次對銑刀進行打磨補焊，需要耗費大量的時間，并且補焊會形成高低不平的焊縫，對下一階段的焊接造成影響，同時需要在焊接層間進行大量清理。在總結了首件焊接即將存在的問題后，在焊接前通過筋板處的適當處理。也就是在筋板處以人為的形式，用小銑刀頭銑出與電板深度相同的溝槽，并對焊接間隙進行適當放寬。目的是為了在筋板處通過焊接來實現背透成型，并且還可以在此部位進行多次焊縫，也就是提前人為在筋板處對根部間隙進行加大，以此來實現對兩道焊縫的焊接。如此不僅能夠使筋板處具有連接強度更大的焊縫，并且還形成了了原本不存在背透成型，在跟蹤試驗了幾輛底架的生產后，取得了十分明顯的效果。在焊接完成后并沒有在ut檢驗期間發現存在裂紋缺陷，保證了焊接質量，并且相比最初，對首道焊縫的焊接時間減少了一半。

（3）層間缺陷的清理和鋁合金車體的焊接質量都取決于所使用的保護氣體，采用三元氣體進行焊接，能夠獲取到較為穩定的電弧和熔池金屬，焊接完成后能夠形成良好外觀的焊縫，焊縫邊緣的尖角或溝槽通常較淺，一般無需銑刀修磨就能夠繼續下一階段的焊接。受到客觀情況的影響，面通常選用低成本的考體。其主要有著較大的電弧推力。然而熔池金屬與條件相同的三元氣體在焊接階段會表現出完全不同的效果，熔池金屬缺乏良好的流動性，也需要進行良好的層間清理，因此在進行焊接時，需要按照不同的重點進行徹底清理。

結束語：

根據以上焊接特點，對一套能夠在層間清理時進行高效打磨的方法進行了總結。需要采用無齒刀頭在焊后對整個焊縫熔合線進行縱向打磨，焊縫熔合線的熔深和毛邊通常又淺又多，再加上手工焊接不如自動焊接機器人那樣快速，也無法保持焊絲伸長度，因此在焊接期間，一不留神就會導致此部位出現融合缺陷。采用此類方法進行打磨，不僅能夠保證焊縫熔合線部位不存在多余金屬。并且能夠使焊縫表面保持整齊，溝槽在經過打磨后更易焊縫成形。更不會在采用無齒刀頭進行金屬焊接時，由于溫度過高而出現糊刀問題，如此能夠在打磨完成后，通過對層間溫度的充分利用，進行充分焊接。