馬來(lái)西亞動(dòng)車(chē)下蓋板組成焊接工藝分析

余永權(quán) 賴(lài)鷗

摘 要：文章介紹了下蓋板組成的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和焊接難點(diǎn)，分析其焊接工藝難點(diǎn)，著重闡述了工藝放量、焊接參數(shù)、工裝定位、坡口形式等對(duì)焊接質(zhì)量的影響，并通過(guò)試驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證。通過(guò)文章的分析，希望對(duì)相關(guān)工作提供借鑒。

關(guān)鍵詞：下蓋板組成；焊接；工藝；工裝

前言

隨著社會(huì)的高速發(fā)展，人們對(duì)交通工具的需求越來(lái)越大，需求的質(zhì)量也越來(lái)越高，城軌作為一大快捷的交通工具，也必將越來(lái)越普及。作為中國(guó)電力機(jī)車(chē)的主要研制生產(chǎn)基地、國(guó)家城軌車(chē)輛國(guó)產(chǎn)化定點(diǎn)制造企業(yè)，我公司與馬來(lái)西亞政府進(jìn)行了馬來(lái)西亞城際動(dòng)車(chē)組項(xiàng)目的合作生產(chǎn)。馬來(lái)西亞動(dòng)車(chē)以上海11號(hào)線地鐵作為參考模版，根據(jù)馬來(lái)西亞吉隆坡南北城際運(yùn)營(yíng)線實(shí)際軌道情況獨(dú)力進(jìn)行研發(fā)和設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，特別是作為走行部分的轉(zhuǎn)向架，質(zhì)量要求更高。作為轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的重要組成部分的下蓋板組成，其焊接質(zhì)量的好壞將直接影響到轉(zhuǎn)向架的行車(chē)安全，乃至整個(gè)城際動(dòng)車(chē)車(chē)輛的行車(chē)安全。為此在動(dòng)車(chē)構(gòu)架下蓋板組成的制造過(guò)程中，必須采用合適的工藝，確保下蓋板組成的焊接質(zhì)量。

1 下蓋板組成結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：

1.1 下蓋板組成

下蓋板組成由端部下蓋板（一）、轉(zhuǎn)臂定位座、中間下蓋板和端部下蓋板（二）組成，結(jié)構(gòu)比較規(guī)則對(duì)稱(chēng)，如下圖1所示：

1.2 化學(xué)成分[1]

下蓋板組成的各部件材質(zhì)不一，屬于異種鋼的對(duì)接，焊接難度大。端部下蓋板（一）、中間下蓋板和端部下蓋板（二）的材質(zhì)均為低溫容器板16MnDR，16MnDR鋼是鐵素體型低溫鋼，屬于低合金系統(tǒng)，溫度等級(jí)為-40℃，熱軋熱處理狀態(tài)，其中碳及其合金元素含量較低，化學(xué)成分見(jiàn)表一。轉(zhuǎn)臂定位座的材質(zhì)為G20Mn5鑄鋼件，交貨狀態(tài)為調(diào)質(zhì)態(tài)QT（即淬火+回火），含碳量0.17～0.23%，添加有少量Ni成分，化學(xué)成分見(jiàn)表2。

計(jì)算可得16MnDR鋼的碳當(dāng)量CE=0.466%，碳當(dāng)量不高，焊接厚度20mm以下的鋼板可以不預(yù)熱。淬硬傾向小，室溫下焊接一般不易產(chǎn)生冷裂紋。鋼在扎制過(guò)程中，硫、磷含量控制較低，所以也不易產(chǎn)生熱裂紋。

1.3 坡口分析

下蓋板組成的接頭部位母材厚度為16mm，為保證焊透和有效控制母材和填充金屬的熔合比，所以需要開(kāi)坡口，焊接接頭為單面為V形坡口，鈍邊為2mm。其中V形坡口的深度為14mm、斜邊角度25°，焊接量大，按EN 15085的要求：焊縫質(zhì)量等級(jí)為CPB，焊縫的檢驗(yàn)等級(jí)為CT1，焊接質(zhì)量要求高。坡口形式見(jiàn)圖2：

2 工藝分析

2.1 工藝放量

為保證各梁體焊接后尺寸滿足設(shè)計(jì)圖紙要求，所以從板材尺寸放量和工裝定位尺寸放量?jī)蓚€(gè)方面來(lái)進(jìn)行工藝放量：

2.1.1 板材工藝放量尺寸是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算得來(lái)的，根據(jù)的經(jīng)驗(yàn)公式：

？駐L=0.86×10-6qvL和qv=ηUI/v

其中，qv-焊接線能量，？駐L-焊縫縱向收縮量，L-焊縫總長(zhǎng)度，U-電弧電壓，I-焊接電流，η-電弧熱效率，v-焊接速度

一般情況下，鋼材的？駐L/L約為1/1000。根據(jù)梁體結(jié)構(gòu)、板材厚度、焊接量大小等，暫按1.5/1000的比例進(jìn)行工藝放量。

2.1.2 工裝定位工藝放量尺寸根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)轉(zhuǎn)臂定位座和一系簧孔的定位尺寸進(jìn)行放量每邊約2mm的尺寸進(jìn)行放量。

2.2 工裝定位壓緊方式

根據(jù)下蓋板組成的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，為保證焊接質(zhì)量，防止焊接變形，下蓋板組成的焊接工裝就必須滿足方便焊接、控制焊接變形和減少勞動(dòng)強(qiáng)度的作用。因此各定位點(diǎn)必須以機(jī)加工面作為基準(zhǔn)平面，壓緊方式采用機(jī)械壓緊方式和液壓方式，在對(duì)接焊縫附近的壓緊方式采用液壓壓緊，因?yàn)楹附訒r(shí)的熱應(yīng)力很大，壓力不夠，很容易造成焊接變形，而其他壓緊點(diǎn)用機(jī)械壓緊方式就可保證壓緊，在有壓型和弧度的地方需增加壓緊點(diǎn)。

3 焊前準(zhǔn)備

來(lái)料檢查，保證各零部件符合圖紙要求，均貼有合格標(biāo)識(shí)，是否符合工藝質(zhì)量要求，重點(diǎn)檢查中間下蓋板的折彎角度，板料的坡口及鈍邊。打磨配件上焊縫兩側(cè)20mm范圍內(nèi)至見(jiàn)金屬光澤，清除鐵銹油污等雜質(zhì)，保證焊縫各部位均勻一致。將中間下蓋板和端下蓋板依次吊入下蓋板組成工裝，組裝好并壓緊固定；根據(jù)EN 15085焊接標(biāo)準(zhǔn)的要求，鑄件的焊接必須對(duì)其進(jìn)行預(yù)熱，選用預(yù)熱溫度為150℃～200℃；焊縫接頭間隙，約為2-4mm。

4 試件焊接

4.1 焊接方法

結(jié)合公司實(shí)際生產(chǎn)所用焊接方法，確定采用富氬保護(hù)焊（MAG）（Ar80%+CO220%）。

4.2 焊接參數(shù)的選擇

選擇焊接電源為PANA-AUTO KR50焊機(jī)；初步確定焊接參數(shù)為焊接電流220-280A，焊接電源24-30V，保護(hù)氣體流量15-20（L/m），送絲速度10-14（m/min），焊接速度350-500（mm/min）。

4.3 焊絲選擇

根據(jù)母材為16MnDR的化學(xué)成分和機(jī)械性能[3]（表3），選擇焊材型號(hào)為大西洋牌ER70S-3焊絲，直徑為φ1.2；

4.4 焊接順序和方向

在工裝相應(yīng)位置安裝焊接用陶瓷墊板，焊接對(duì)接焊縫；焊接時(shí)從左到右施焊。每焊接一層后交替進(jìn)行焊接，并且焊接的方向必須一致。以上焊接，焊接完成每層后，進(jìn)行層間清理，必須等離焊縫25mm處冷卻到約50℃（手摸可停留30s以上）以下才能進(jìn)行下一層的焊接。焊接時(shí)采用PA位置焊接，焊槍可適上下當(dāng)擺動(dòng)。同時(shí)還要注意焊槍移動(dòng)速度均勻，焊槍?xiě)?yīng)對(duì)準(zhǔn)坡口的中心線等。

5 結(jié)束語(yǔ)

焊接完成后，首先進(jìn)行焊縫的外觀檢查，發(fā)現(xiàn)焊縫外觀成型美觀。并經(jīng)檢驗(yàn)證明，該焊接工藝能很好的確保下蓋板組成的焊接質(zhì)量和工藝質(zhì)量要求，滿足設(shè)計(jì)要求，同時(shí)還提高了生產(chǎn)效率，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，降低了生產(chǎn)制造成本。特別是從板材的尺寸放量和工裝定位尺寸放量?jī)蓚€(gè)方面來(lái)進(jìn)行的工藝放量能很好的保證焊接后工件的尺寸符合設(shè)計(jì)圖紙要求。可作為批量生產(chǎn)時(shí)的焊接工藝使用。

參考文獻(xiàn)

[1]中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)焊接學(xué)會(huì).焊接手冊(cè)（第三卷）焊接結(jié)構(gòu)[M].機(jī)械工業(yè)出版社出版，2001，8.

[2]周振豐，等.焊接冶金學(xué)（金屬焊接性）[M].機(jī)械工業(yè)出版社出版，2002，6.

[3]中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)焊接學(xué)會(huì).焊接手冊(cè)（第二卷）材料的焊接[M].機(jī)械工業(yè)出版社出版，2001，8.