A型电力机车构架焊接工艺研究

作者：大连机车车辆有限公司 张松

欢迎访问e展厅 展厅 9 焊接设备/切割机展厅 交流电焊机, 直流电焊机, 气体保护焊机, 埋弧焊机, 高频焊接机, ... 摘要：电力机车构架是机车的重要部件之一，构架质量的优劣对整车的行车安全有着重大的影响，组焊过程中合理运用焊接工艺将有效提高构架质量。本文通过对A型电力机车构架焊接工艺进行研究，可更好地保证生产和产品质量，提高机车构架的制造工艺水平。 关键词：电力机车构架；Q345E钢；焊接工艺 1序言 构架作为机车的重要部件，是转向架的主体。构架将车体、轮对和电机连接在一起，不仅承受上部所有设备的重量，还要传递牵引力和承受走行过程中的各种冲击载荷。A型电力机车构架是以箱型梁为主体的全焊接结构，构架主要材质为Q345E，大部分焊缝为同种焊。接头形式有对接接头、角接接头等，其中大部分接头形式为坡口加角焊。由于构架使用板材较厚（以15~30mm为主）且坡口较大，故焊缝焊接量较大，所以焊接变形的趋势也很大。而箱型梁的刚性又强，导致焊接产生变形后调修较为困难。 构架产生焊接变形的原因是由于其在焊接构成中受热不均，局部受热过高从而使构架内部产生不均匀的温度场，在此温度场的作用下构架产生了不均匀的塑性变形。同时在焊缝冷却的过程中，由于各部件之间的相互约束，导致材料不可自由收缩，从而产生残余应力。与构架焊后变形一样, 构架组焊后内部存在的残余应力对构架的整体质量也有很大的影响。在机械的使用过程中，发生意外破坏事故时，除材料本身的结构和强度之外，多数是由于残余应力的影响造成的。残余应力对材料疲劳强度的影响也尤为重要。因此在构架组焊工艺的制定过程中不仅要考虑如何控制焊后变形, 同时还应考虑如何控制残余应力。 2构架焊接工艺 2.1母材焊接性分析 依据设计要求，此种电力机车转向架构架所用材料为Q345E，材料的化学成分与机械性能见表1。 通过对表1的数据分析可得出影响板材焊接性的主要参数：碳当量CE。 CE=[C+(Mn/6)+(Cr+Mo+V/5)+(Ni+Cu/15)](％) =0.354%~0.38% 当CE≤0.4％时，Q345E钢冷裂倾向小，焊接性较好，不需预热等特殊的工艺措施。 2.2 组焊工艺 2.2.1 焊接方法的选定 A型电力机车构架焊接采用的是熔化极气体保护焊，该方法具有焊接角度灵活、焊接速度快、熔敷率高等优点。采用80%Ar+20%CO2作为保护气体, 有良好的焊接工艺性能，焊缝力学性能优良。 2.2.2焊接参数选定 若焊接参数制定不当，会使构架受热不均从而产生焊接变形，同时产生较大的焊接残余应力，退火后也会产生较大的焊接变形。在工艺试验的基础上，最终确定出各种板厚及焊角形式的焊接工艺参数。对于板厚大于25mm 的板材焊前须预热至120℃，采用多层多道焊时，层间温度须低于250℃。 环境因素对焊缝质量的影响不可忽视，若焊接后焊缝冷却速度过快则容易产生热裂纹，影响焊接质量。为了避免使用焊前预热的方式来消除热裂纹，就必须保证焊接作业时环境温度达到5℃以上。具体焊接参数见表2 ~表4。 2.2.3焊接顺序选定 在横梁与侧架的对接焊缝的焊接过程中，焊接顺序尤为重要。要求由2名电焊工，采用对角线位置的对称焊接。为了控制横向尺寸，需要先焊接横向的焊缝，焊缝会发生纵向的收缩, 横向的尺寸就固定下来。再把构架立起，完成纵向的焊缝。 由于构架板材较厚，且坡口很大, 所以大量焊缝需采用多层多道焊的焊接方式。为了避免局部温度过高，产生残余应力过大，焊缝层间温度应控制在250℃以下。同时为保证生产效率, 在焊接侧架与横梁的对接焊缝时，先完成每条焊缝在焊角高度方向的50%, 再将构架翻转，完成另一侧焊缝的50%，如此反复直至完成全部焊缝的焊接。 2.2.4焊后消除应力处理 焊后采用550℃×3h的SR处理（消除应力处理），退火可以使残余应力松弛、减小扩散氢含量、消除应变时效脆化。 2.3焊后变形矫正 构架焊后变形的矫正工序是在制造过程中必不可少的，焊接变形的矫正措施主要包括机械矫正、火焰矫正及两者同时运用。采用二者并用的方式对构架进行焊后变形矫正。机械矫正主要针对大范围变形及扭曲变形等。对于小范围变形如盖板与立板焊接中产生的盖板边缘变形等采取火焰矫正, 即对部件进行局部加热，在高温处材料的膨胀受到本身的刚性约束，产生局部塑性变形，冷却后收缩，抵消了焊后在该处部位的伸长变形，达到矫正目的。 参考文献 [1] 陈祝年.焊接工程师手册[M].北京: 机械工业出版社.2001 [2] 杨闯. HXD2型电力机车转向架焊接工艺方案分析. 中国铁路，2009.06 [3] 刘静.HXN3型内燃机车关键件焊接工艺试验研究. 机车车辆工艺, 2008.10 [4] 王文斌. 机械设计手册. 北京: 机械工业出版社. 2007. 1(end)

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