淺析轉K6型轉向架支撐座組成焊縫缺陷的焊修

陳 敏，付 兵

（長江車輛有限公司，湖北 武漢 430212）

轉K6型轉向架關鍵技術在于側架彈性下交叉支撐裝置，采用側架彈性下交叉支撐裝置，可以提高轉向架的抗菱剛度，從而提高轉向架的蛇行失穩(wěn)臨界速度，提高火車直線運行的穩(wěn)定性。同時，交叉支撐裝置可以有效保持轉向架的正位狀態(tài)，從而減小車輛在直線和曲線運行時輪對與鋼軌的沖角，改善轉向架的曲線通過性能，顯著減小輪軌磨耗[1]。

傳統(tǒng)三大件的兩側架之間僅通過搖枕、彈簧、斜楔連接，抵抗菱形變形的能力有限。轉K6轉向架的兩側架之間不但通過搖枕、彈簧、斜楔連接，而且增加了新的連接方式——交叉桿。轉向架抗菱剛度顯著增大。根據(jù)實測結果，交叉支撐轉向架的空、重車抗菱剛度比原三大件式轉向架提高3倍～6倍。

支撐座組成檢修在南車下發(fā)的《產品質量安全風險等級》中屬于F-A類，即高風險等級。支撐座組成檢修過程中，常見缺陷類型有保持環(huán)與支撐座焊縫裂紋、支撐座與側架焊縫裂紋以及咬邊、未熔合、未焊透。本文就這些缺陷進行了分析和解決[2]。

1 支撐座組成焊縫缺陷產生原因

1.1 三種牌號材料的焊接性分析

表1 保持環(huán)、支撐座與側架鋼材的化學成分

如表1中所示，保持環(huán)的材質為Q345A，其化學成分見表1。根據(jù)碳當量的計算，其碳當量為0.36%～0.49%，屬于有淬硬性傾向的鋼，在焊接冷卻過程中，熱影響區(qū)容易形成淬硬組織——馬氏體，使近焊縫區(qū)的硬度提高，塑性下降，結果導致焊后產生裂紋。支撐座材質為Q235，化學成份見表1，碳當量為0.19%～0.328%，焊接性能良好。側架材質為ZG230-450，化學成份見表1，碳當量為0.44%，有明顯的淬硬性傾向，當側架與支撐座進行焊接時，側架的焊接性能較差，焊前需進行預熱[3]。

1.2 保持環(huán)與支撐座焊縫缺陷

1.2.1 焊接裂紋

根據(jù)材料分析可以看出保持環(huán)的材質屬于有淬硬性傾向的鋼，在焊接冷卻過程中，熱影響區(qū)容易形成淬硬組織——馬氏體，使近焊縫區(qū)的硬度提高，塑性下降，結果導致焊后產生裂紋。保持環(huán)與支撐座焊接時，當環(huán)境溫度較低、焊接熱輸入較小時，會使焊縫金屬中的氫無法有效逸出，易產生冷裂紋[4]。

1.2.2 未熔合

未熔合是一種嚴重的焊接缺陷，它使焊縫的強度降低，引起應力集中，促使焊接接頭裂紋的產生。保持環(huán)與支撐座焊縫在焊接時因為焊槍角度和運條方法不正確容易產生未熔合。相對于焊縫1、2而言，焊縫3未熔合發(fā)生裂紋的幾率較高。（如圖1）。

圖1 保持環(huán)未熔合焊縫圖

1.2.3 疲勞裂紋

由于軸向橡膠墊鋼套外徑為63mm，保持環(huán)內孔直徑為64.3，鋼套與保持環(huán)內孔的最大間隙僅有1.3mm，當車輛運行特別是通過曲線時，交叉桿軸向橡膠墊受到擠壓，鋼套側壁與保持環(huán)內孔側壁接觸處產生一定的摩擦力，保持環(huán)內孔側壁左右分別反復受到橡膠墊鋼套的摩擦力作用，容易造成保持環(huán)焊縫開裂或中部發(fā)生斷裂。

1.3 支撐座與側架焊縫缺陷

1.3.1 焊接裂紋

由于支撐座材質為Q235，化學成份見表1，碳當量為0.19%～0.328%，焊接性能良好。側架鑄造材料為ZG230-450其化學成分見表1，碳當量為0.44%，側架的焊接性能較差，當環(huán)境溫度較低，熱輸入較小時，產生冷裂紋的傾向較明顯。

1.3.2 咬邊、未熔合或未焊透

側架安裝面存在較厚的氧化層，而且處于分型面上，如果焊接面清理不干凈，油污清除不徹底，會造成焊接后的熔接不良，產生大量飛濺并影響焊縫質量。如圖2所示。

圖2 支撐座未熔合焊縫

1.3.3 組裝尺寸偏差對焊縫的影響

打磨不平坦會影響組對時側架與支撐座間的間隙，造成定位不良。因為機械手焊接是沿著程序設定軌跡運行的，如圖3中a、b兩幅圖紅圈部位對比。雖然定位尺寸正負2mm都符合尺寸要求，但即使1mm也足以使焊槍角度發(fā)生偏差，從而產生咬邊或未熔合、未焊透現(xiàn)象。

圖3 組裝間隙

1.3.4 程序參數(shù)的編輯對焊縫的影響

側架與支撐座的焊接是經過半自動組對定位后用六軸機械手進行自動焊接，采用兩層兩道焊縫，蓋面焊時上下擺動，振幅為8mm，最終形成焊角為8mm角焊縫，采用對稱焊法如圖4。由于是自動化焊接，如果焊道2與焊道3之間設定的過渡時間過短，使操作人員沒有充足的時間發(fā)現(xiàn)焊道2中產生的氣孔及未熔合等缺陷并做出處理，會影響到焊道3的焊接，影響到整個焊縫的質量。

圖4 焊接順序

2 轉K6型支撐座組成常見的缺陷的檢修要求

2.1 保持環(huán)裂紋

（1）保持環(huán)腐蝕、磨耗深度大于2mm或裂紋時更換新品。

（2）焊縫開裂時先消除裂紋再進行焊修，焊修再次開裂時更換新品。

2.2 支撐座裂紋、尺寸超差

（1）支撐座裂紋及支撐座、側架件焊縫開裂時須鏟除裂紋后焊修。

（2）支撐座腐蝕深度大于3mm、貫通裂紋、經過焊修再次裂紋時或原焊修焊縫開裂時更換。

（3）支撐座與側架定位尺寸為480mm±1mm、51mm±2mm、387mm±2mm，超過時更換支撐座。內外保持環(huán)與導框頂面垂直度為1mm，保持環(huán)與支撐座之間局部間隙不大于0.5mm，內保持環(huán)與中心線夾角25°±1°，超過時更換支撐座。

2.3 熱處理

使用加熱炬對需要進行消除應力的部位進行加熱，待消除應力的面積為焊縫周圍從焊縫中心到最大外邊緣距離的1.5倍或補焊區(qū)周圍至少100mm的區(qū)域均勻一致加熱到500℃～650℃。加熱后使用石棉被覆蓋保溫緩冷，時間要求為：每6mm焊縫深度15min，小于6mm的焊縫，時間不小于15min。

3 支撐座組成焊縫缺陷的焊修

3.1 保持環(huán)與支撐座焊縫的焊修

3.1.1 焊接設備

采用YD-500KR2HGE型晶閘管控制CO2/MAG氣保焊機。

3.1.2 焊接材料

（1）ER50-6焊絲直徑為1.2mm實心焊絲。

表2 ER50-6焊絲化學成份

表3 ER50-6焊絲力學性能

（2）保護氣體。采用保護氣體為80%Ar+20%CO2的混合氣體，氣體流量為15L/min～20L/min，當壓力低于0.98MPa時，應更換。

3.1.3 焊前準備

可采用鏟、鉆、打磨、火焰切割及電弧氣刨等方式進行，缺陷及裂紋必須徹底清除干凈，并采用探傷方式確認。嚴禁采用電弧融化方式去除。

3.1.4 保持環(huán)與支撐座的組裝

按照檢修要求，必要時須更換保持環(huán)。組裝時保持環(huán)與支撐座的接觸間隙不大于0.5mm，用塞尺檢查合格后緊固定位方可施焊。

3.1.5 保持環(huán)與支撐座的焊接

焊接位置為平角焊，焊縫分為三條，焊角為4mm，焊縫長度為51mm～64mm。焊接采用左焊法，焊槍與支撐座的夾角為45°±5°，焊槍傾角應成75°～85°焊槍焊絲對準焊縫，保證焊縫充分熔合。焊接規(guī)范如表4。

表4 焊接規(guī)范

如果使用的焊槍型號為500A，其槍嘴直徑為24.5mm，焊接時由于保持環(huán)與支撐座焊縫夾角較小容易焊偏，如果改用型號為350A焊槍，槍嘴直徑為20mm，可以增加焊槍與支撐座夾角的空間，有利于提高焊接的融合性，尤其是對焊縫3的焊接。如圖4。

圖5 500A焊槍與350A焊槍對比

為了減少保持環(huán)與支撐座這兩類鋼焊接接頭熱影響區(qū)的淬硬傾向和消除冷裂紋，使氫能從焊縫金屬中逸出，可以采用較大的熱輸入，如使用較慢的焊接速度。

焊后對保持環(huán)進行保溫緩冷，可將石棉被縫制成帽型，對支撐座進行較全方位的覆蓋。

3.2 支撐座與側架的焊接

支撐座與側架組對定位時盡量由同一操作人員用相同的操作手法進行組裝，保持支撐座定位的一致性。

3.2.1 焊前準備

側架為鑄造材料，鑄造件表面存在較厚的氧化皮和預涂底漆，在支撐座組對前對焊縫區(qū)30mm范圍內用風砂輪打磨去除預涂底漆和氧化皮，直至見金屬光澤。

3.2.2 裝配要求

采用ZDJJ-QC-02組對夾具將支撐座定位在側架上，支撐座與側架定位尺寸為480mm±1mm、51mm±2mm、387mm±2mm，內外保持環(huán)與導框頂面垂直度為1mm，保持環(huán)與支撐座之間局部間隙不大于0.5mm，內保持環(huán)與中心線夾角25±1°側架與支撐座之間的間隙不得大于2mm。

3.2.3 焊接過程

當環(huán)境溫度高于5℃時需對焊接部位預熱到50℃～250℃，預熱后方可啟動焊機進行焊接。環(huán)境溫度低于5℃時不能進行支撐座的焊接。檢查確認上工序無誤后進行定位焊，定位焊無裂紋后方可焊接。將側架吊入自動焊裝置，調整好支撐座焊接位置，編輯機械手自動焊的焊接程序。

（1）機械手姿態(tài)控制，為避免機械手在運動過程中發(fā)生限位，在編程過程時要注意軸參數(shù)的變化，保證手臂姿態(tài)舒展。

（2）機械手編程時速度的控制。機械手在編程過程中要將運動速度轉為慢速，示教編程時機械手的空間位置，焊槍的角度要不斷調整，按工藝要求設置焊接參數(shù)。

（3）在編程時，適當降低每道焊縫間空走點的速度【既延長前文中焊道2（打底焊）到焊道3（蓋面焊）的過渡時間】，原空走點速度的默認值為20m/min，可修改為10m/min。方便操作人員對每道焊縫的觀察及做出必要反應的時間。

程序編輯完成后再將焊槍沿軌跡空走一遍，確認運行軌跡無誤，方可開始焊接。焊接規(guī)范見表4。

3.2.4 焊接后檢查

側架、支撐座焊接后24h，對側架支撐座焊縫進行磁粉探傷檢查。

4 結論

轉K6型轉向架支撐座組成缺陷的檢修不僅僅是關乎產品質量，更關系到車輛運行的安全性。本論文講述了我在實際工作中采用合理的焊接規(guī)范及操作技能，有效的防止支撐座組成焊接缺陷的產生，提高了支撐座組成的檢修合格率，降低了修車成本，并在實際生產中普遍運用。確保轉K6型轉向架到下一檢修期間的運行安全。