鐵路客車牽引梁的焊修方法探討

劉 洪 中國南車南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司

客車牽引梁是承載車鉤牽引的重要組成部位，其焊接質(zhì)量直接影響車鉤、牽引制動的組裝及性能。隨著鐵路的提速對客車的牽引制動的要求更加嚴格規(guī)范，在牽引梁的返修進程中，牽引梁的焊接變形，將直接影響到叢板座的組裝及性能。因此，必須制定嚴格合理的焊接工藝和措施，才能保證焊接的質(zhì)量和產(chǎn)品的組裝及性能。

1 焊接工藝的選擇

1.1 母材焊接性分析

客車牽引梁是用Q235鋼組焊而成。Q235鋼的化學成分和力學性能如表1所示。

表1 Q235鋼的化學成分及機械性能

根據(jù)國際焊接學會推薦的碳當量公式,可以計算出該種鋼的最大碳當量為：

由此可以看出，Q235鋼焊接性較好，淬硬傾向小，室溫下，焊前不需預熱，焊后不需熱處理，其塑性較好，焊后產(chǎn)生裂紋的概率較小。

1.2 焊接方法

1.2.1 焊接方法選擇

在工業(yè)生產(chǎn)中，手工電弧焊由于設備簡單、工藝靈活、操作方便等特點，作為制造、修理的一種重要的工藝方法得到廣泛運用。

在牽引梁的焊修中，經(jīng)過綜合考慮，決定選用手工焊條電弧焊，其優(yōu)點有：

①工藝靈活、適應性強，適用于碳鋼、低合金鋼、耐熱鋼、低溫鋼和不銹鋼等各種材料的平、立、橫、仰各種位置以及不同厚度、結構形狀的焊接。

②焊縫質(zhì)量好。與氣焊及埋弧焊相比，金相組織細，熱影響區(qū)小，接頭性能好。

③易于通過工藝調(diào)整（如對稱焊等）來控制變形和改善應力分布。

④設備簡單、可達性好、操作方便，適用于各種空間位置的焊接。

1.2.2 焊材選擇

由于Q235鋼的焊接性好，根據(jù)選擇焊條的等強度原則，采用E4303焊條，作為牽引梁焊接的材料。E4303焊條為鈦鈣型藥皮的酸性焊條，熔渣流動性良好，脫渣容易，電弧穩(wěn)定，熔深適中，飛濺少，焊波整齊，適用于全位置焊接，焊接電流為交直流兩用，廣泛應用于重要的低碳鋼結構的焊接之中，其化學成份和力學性能如表2和表3所示。

表2 E4303焊絲化學成分（%）

表3 E4303焊絲力學性能

1.2.3 焊機的選擇

根據(jù)母材焊接性、焊接方法及焊條的選擇和分析采用BX3-500交流弧焊機。

2 牽引梁焊修時易出現(xiàn)的問題

2.1 焊縫中的表面和內(nèi)部缺陷

由于母材焊接性較好，采取合適的焊接參數(shù)焊接后，焊縫質(zhì)量比較穩(wěn)定，出現(xiàn)氣孔、夾渣等內(nèi)部缺陷的概率比較少。表面和內(nèi)部缺陷不是牽引梁焊修中出現(xiàn)的主要問題。

2.2 焊件的殘余應力和變形

由于焊接工藝不夠合理，焊縫余高過高等因素引起應力集中，焊接過程中產(chǎn)生變形，甚至產(chǎn)生裂紋，將改變牽引梁的尺寸和影響其性能。焊接的應力集中和變形是牽引梁焊修中出現(xiàn)的主要問題。

2.3 焊件的殘余應力和變形的危害性

在焊接過程中焊件的應力狀態(tài)也發(fā)生了變化,從而導致焊接變形的產(chǎn)生。通常焊件在焊完并冷卻后，焊件中存在著殘余的應力和變形，它使焊件或部件的尺寸改變而無法組裝，整個構件喪失穩(wěn)定而不能承受載荷，產(chǎn)品質(zhì)量大大下降。同時焊接殘余應力和變形往往會產(chǎn)生裂紋并致使裂紋擴展而破壞構件。而產(chǎn)品的校正卻要消耗大量的精力和物力，有時會產(chǎn)生導致產(chǎn)品報廢的風險。因此，在焊接結構中，必須充分了解焊后產(chǎn)生殘余內(nèi)應力及焊后變形的機理和基本規(guī)律，以控制和減少其危害性。

3 對焊接中出現(xiàn)的問題所采取的工藝調(diào)整措施

3.1 接頭形式及坡口準備

焊接部位采用V型對接接頭，坡口兩側各為30°，如圖1所示。清除坡口表面及其兩側20 mm范圍內(nèi)的油污、銹漬及其他污物，直至露出金屬光澤。

圖1 焊接部位的坡口示意圖

3.2 選擇合理的焊接順序

合理的焊接順序可以通過減小焊接時產(chǎn)生的焊接應力來控制焊接變形量。牽引梁的焊修過程中，采用以下的焊接順序，如圖2所示。

圖2 牽引梁焊修的順序

3.3 減小焊接應力以減小焊接變形的方法

3.3.1 剛性固定法

牽引梁裝配時在兩根牽引梁中間，點焊兩個定位支撐，再將牽引梁的上下兩個平面的焊縫附近處再點焊兩個固定支撐，使其在施焊過程中能控制變形量，保證尺寸的準確性。

3.3.2 錘擊焊縫法

在多層多道施焊過程中，對第二層和第三層焊道進行錘擊，可以將焊接應力減少至1/2左右。

3.3.3 消除應力熱處理

利用局部高溫回火法，對焊縫及其附近的局部區(qū)域進行加熱以消除應力?；鼗饻囟瓤刂圃?80~680°，時間控制在1~2h左右，這樣可以消除結構中的殘余焊接應力。

4 焊接操作

4.1 裝配與定位焊

不允許強制裝配，對角變形和錯邊量應嚴格控制在3~4°和不大于1.2 mm，避免出現(xiàn)未焊透和應力集中而引起裂紋。為了防止裝配定位焊的開裂，一般定位焊的焊縫長度為10～15 mm，將焊點接頭打磨成斜坡。定位焊所選用的焊接工藝和材料應與正式焊接相同。

4.2 焊接工藝參數(shù)

牽引梁焊修的工藝參數(shù)如表4所示。

表4 牽引梁焊修的焊接規(guī)范

4.3 焊接方法

4.3.1 打底層（第1層）

在定位焊縫上引弧，當焊至定位焊縫尾部時，應稍加預熱，將焊條向坡口根部頂一下，聽到電弧聲音，以利于坡口根部熔透。第一個溶池已形成，此時熔池前方應有熔孔。該熔孔向坡口兩側各深入0.5～1 mm。采用月牙形或鋸齒形橫向短弧焊法，弧長應小于焊條直徑。焊條的傾角為70～75°，并在坡口兩側稍作停留，以利填充金屬與母材熔合良好，并能防止因填充金屬與母材交界處形成夾角，從而導致不易清渣。此處的焊接操作要領為一看、二聽、三準。

①看：觀察熔池形狀和熔孔大小，并基本保持一致，熔池形狀應為橢圓形，熔池前端始終應有一個深入母材兩側約0.5～1 mm的熔孔。

②聽：注意聽電弧擊穿坡口根部發(fā)出的電弧聲音，保持焊條端部離坡口根部1.5～2 mm。

③準：焊接時，熔孔的端點位置要把握準確，焊條中心要對準熔池前端與母材的交界處，使每一個熔池與前一個熔池搭接2/3左右，保持電弧的1/3部分在焊縫背面燃燒，以加熱和擊穿坡口根部。打底焊需要更換焊條?；r，先在熔池上方做一熔孔，然后回焊10～15 mm再熄弧，并使其形成斜坡形。

打底焊接頭采用熱接法，當弧坑還處在紅熱狀態(tài)時，在弧坑下方10～15 mm處的斜坡下引弧，并焊至收弧處，使弧坑根部溫度逐步升高，然后將焊條，沿著預先做好的熔孔向坡口根部頂一下，使焊條與試件的下傾角增大到90°左右，聽到電弧聲音后，稍作停頓，恢復正常焊接，停頓時間一定要適當，若過長易使背面產(chǎn)生焊瘤，若過短則不易接上接頭。另外換焊條的動作越快越好。打底層焊縫背面厚約1.5～2 mm，正面厚度為2～3 mm。

4.3.2 背面焊（第2層）

焊前用砂輪打磨第一層反面成形時焊渣，焊時注意要勻速上升，焊縫寬度保證在4～6 mm，這樣的焊接順序可以抵消打底焊時變形。

4.3.3 正面填充層（第3層）

應對打底層仔細清渣，特別注意死角處的熔渣處理，在距焊縫始端10 mm左右處引弧后，將電弧拉回到始焊端施焊，以防止產(chǎn)生缺陷。采用月牙形或橫向鋸齒形擺動，焊條與牽引梁的下傾角為70～80°，焊條擺動到期兩側坡口處要稍作停留，以利于熔合及排渣，防止立焊縫兩邊產(chǎn)生死角，填充層厚度應控制在離母材表面低1～1.5 mm，且應呈凹形，不得熔化坡口棱邊，以利蓋面層保持平直。

4.3.4 蓋面層（第4層）

引弧同填充層，也采用月牙形或橫向鋸齒形運條，焊條擺動坡口邊緣時要稍作停留，保持熔寬1～2 mm，擺動的頻率應稍快些，以免熔滴下淌，前進速度要均勻一致，使每個新熔池覆蓋前一個熔池2/3～3/4。換焊條接頭前收弧時，應對溶池填充熔敷金屬，迅速更換焊條后，再在弧坑上方10 mm左右的填充層焊縫金屬上引弧，將電弧拉至原弧坑處填滿弧坑后繼續(xù)焊接，直至焊完。這樣的表面焊縫不僅較薄，而且焊波較細，表面焊縫平整美觀。

5 焊后檢測

外觀檢測：采用規(guī)尺檢測,尺寸符合設計和工藝要求。

內(nèi)部檢測：內(nèi)部檢測采用焊縫磁粉探傷法，焊縫達到質(zhì)量要求。

6 結束語

采用這樣的焊接方法和焊接工藝，使牽引梁的焊接變形得到有效地控制，保證尺寸的準確而且焊后不需調(diào)修，大大節(jié)省了人力、物力，降低了勞動強度，為順利交車創(chuàng)造了有利條件。