HXD2機車軸箱拉桿座裂損原因分析及修復(fù)工藝研究

周學(xué)文

中國鐵路西安局集團有限公司機務(wù)部 陜西西安 710054

1 問題的提出

西安局集團公司共配屬HXD2機車187臺，擔當西康、襄渝、陽安等線路的貨運任務(wù)。2019年4月份，安康機務(wù)段配屬HXD2-1006機車，發(fā)生A 節(jié)第二轉(zhuǎn)向架（DJH11，序號0018）左側(cè)第4位軸箱前拉桿座（DJ120106）與201310017#構(gòu)架右側(cè)梁下蓋板連接焊縫開裂故障，4條焊接面中有3處開焊裂紋，裂紋長度分別為240mm、235mm、200mm，最大裂寬5mm。具體見圖1。

圖1

2 裂損分析

2.1 機車排查

通過對其余186臺機車24小時不間斷普查，將HXD2機車轉(zhuǎn)向架拉桿座納入了趟檢檢查視頻拍攝關(guān)鍵項點，未發(fā)現(xiàn)其它機車存在同類問題[1]。

2.2 原因分析

經(jīng)過現(xiàn)場對裂紋焊縫進行外觀觀察、斷口分析和消除裂紋打磨發(fā)現(xiàn)以下現(xiàn)象：

（1）裂紋焊縫實際焊縫厚度6.4mm，且焊縫外觀質(zhì)量良好，焊縫尺寸符合 ISO5817標準要求。

（2）從斷口處可看出構(gòu)架外側(cè)拐角處焊縫斷面光滑，其余位置均存在焊縫橫向的撕裂紋，而且由于焊縫拐角處應(yīng)力集中嚴重，所以認為該處為裂紋源。

（3）打磨過程中發(fā)現(xiàn)，在距離焊縫外側(cè)拐角約15-20mm 處存在約3＊4mm 的夾渣，用焊絲捅后，出現(xiàn)了同樣大小的孔洞，詳見圖2。

圖2

（4）繼續(xù)打磨焊縫后發(fā)現(xiàn)焊縫夾渣清除了，但在距離該處約10mm處出現(xiàn)了鑄件夾砂現(xiàn)象，詳見圖3、圖4。

圖3

圖4

（5）將鑄件夾砂通過打磨完全去除后，在鑄件上留下了一個25＊15mm、深4mm 的坑，詳見圖5。

圖5

通過以上現(xiàn)象分析，造成焊縫裂紋的根本原因是鑄件近表層存在夾砂現(xiàn)象，焊接后，在焊縫中形成了約3＊4mm 大小的夾渣，使焊縫強度大大降低，在焊縫長期受到疲勞載荷的作用下，局部產(chǎn)生裂紋并不斷擴展。鑄件夾砂是由于鑄造過程中，造型工在造型或合箱時的操作不當?shù)仍蛟斐?，但該種現(xiàn)象為偶發(fā)現(xiàn)象[2]。

經(jīng)深入分析故障原因為：⑴拉桿座近表面處存在鑄造缺陷，新造焊接前探傷未發(fā)現(xiàn)（缺陷恰好在尖角處），焊接后造成內(nèi)部有空腔，約3＊4，形成裂紋源；⑵后期機車在運用過程中，受走行部振動影響，裂紋源在交變載荷作用下進一步擴展，最終造成拉桿座三條焊縫開裂。

3 修復(fù)工藝方案

3.1 施焊條件

焊工必須具備以下資質(zhì)，且完成合格的工作試件才能進行相應(yīng)焊接操作。

平角焊：ISO9606-1111P FW2FM2B t14PF ml

仰角焊：ISO9606-1111P FW2FM2B t14PD ml

選擇E6015φ3.2焊條，焊接前焊條應(yīng)進行烘干，加熱溫度350℃±50℃，保溫2小時。干燥后的焊條應(yīng)該保存在保溫桶內(nèi)，隨用隨取。環(huán)境要求：相對濕度≤80%，溫度≥10℃。

3.2 去除缺陷及焊前準備

用旋轉(zhuǎn)銼去除缺陷，如果缺陷較大可以使用直徑120mm的砂輪去除。

去除缺陷后的形狀為V或U形，底部不能出現(xiàn)尖角、凹坑等影響焊接的幾何形狀，為了保證焊縫質(zhì)量，長度方向可以延長，且不得小于20mm。

裂紋缺陷打磨后進行探傷，確認缺陷消除后進行焊修。

缺陷打磨后區(qū)域長度小于50mm，寬度小于5mm，可以采用仰焊位置焊接。

缺陷打磨后區(qū)域長度大于50mm，或者寬度大于5mm，必須保證焊接位置處于平焊位置進行焊接。

圖6中指定區(qū)域中（每個構(gòu)架四處）存在缺陷必須進行平角焊接。

圖6

清理焊接表面，保證焊縫周邊50mm范圍內(nèi)不得有油漆、油脂、水、銹等。

用阻燃布對焊接區(qū)域周圍所有加工面和油漆表面進行保護。

3.3 焊修過程

必須在焊接監(jiān)督人員見證下進行焊接操作。

各焊道之間必須清理，不得有夾渣、藥皮等影響焊接的因素。

焊修表面堆焊每層厚度2-4mm。

焊接層與層之間采用錘擊法消除應(yīng)力，錘擊焊縫時，溫度應(yīng)維持在100-150℃之間，避免在200-300℃之間進行。

缺陷位于下圖虛線所指尺寸區(qū)域中，焊修后進行重熔處理，執(zhí)行文件FC99003《TIG非熔化極鎢極氬弧焊定位焊技術(shù)規(guī)范》。

3.4 焊接參數(shù)

焊接位置 焊條直徑（mm） 電流強度（A）標準值 最小值 最大值平角焊PB 3.2 120 100 140仰角焊PD 3.2 100 90 120

3.5 焊后檢查

焊縫冷卻到室溫后，用砂輪打磨成圓滑過渡。

目視檢查焊縫表面不允許存在夾渣、氣孔、裂紋等焊接缺陷。

修復(fù)24小時后，進行探傷（探傷要求及工藝見：GY（19）DJH11-002《構(gòu)架上拉桿座（二）焊縫滲透探傷工藝》），探傷合格后進行補漆（包括焊修用接地位置）[3]。

4 控制措施

通過以上修復(fù)，針對HXD2-1006機車制定以下控制措施：

4.1.1 故障機車投入運用每次入庫后，連續(xù)3趟對該位置進行滲透探傷檢查，結(jié)束后，每月對該位置進行一次跟蹤檢查，持續(xù)至該車機車進入C5修解體，C5修時對該位置徹底探傷檢查。

4.1.2 對配屬全部HXD2型機車軸箱拉桿座焊縫全面探傷普查，發(fā)現(xiàn)異常及時確認并處置。

4.1.3 做好車載走行部數(shù)據(jù)分析，整備作業(yè)時發(fā)現(xiàn)走行部存在數(shù)據(jù)異常及時重點檢查，發(fā)現(xiàn)走行部異常，數(shù)據(jù)分析人員對該位置數(shù)據(jù)進行重點分析并反饋。

4.1.4 將HXD2型機車軸箱拉桿座焊縫檢查納入機車出入庫攝像手電拍攝項點，管理人員結(jié)合視頻分析、跟班作業(yè)，檢查落實情況。