淺談承載式車架組焊工藝

尹凱　汪洪　潘建榮　姚國平

摘 要：機車車架是機車重要的組成部分。車架承載式的車體，所有載荷均由車架承擔。在機車運行時，車架承受機車牽引力和列車運行中所引起的各種沖擊力及其他外力，所以它必須具有足夠的強度和剛度，才能堅固耐用。

關鍵詞：承載式車架；組裝間隙；結晶裂紋；藥芯焊絲氣體保護焊；Q460E

前言

承載式車架可采用模塊化設計，它由整體承載式燃油箱（見圖2）和兩個端部（見圖1）拼接而成，三段組焊是車底架組裝過程中最重要的一個環節，它對組裝、焊接和變形控制都有著極高的要求。組焊工藝是否合理，直接影響著車底架的剛度、強度、外觀質量和生產效率等。文章就以機車車架三段組焊為例，從組裝工藝和焊接工藝兩方面進行簡要的分析和介紹。

1 組裝工藝

1.1 油箱定位

采用反裝的方法，將燃油箱反面朝上置于臺位四個支撐上，燃油箱的橫向、縱向中心與臺位一致。檢查油箱兩頭箱型梁與端部箱型梁連接處的上下蓋板開檔尺寸，保證油箱的四個角在同一平面上，防止扭曲變形。

1.2 端部定位

調整端部箱型梁末端高度，使其基本與油箱箱型梁高度一致。然后用兩邊的頂緊裝置調整縱向中心，測量牽引銷是否垂直并且在中心線。

1.3 調整端部位置

調整端部位置，保證油箱中心到兩端部牽引銷梁中心的開檔尺寸在±3mm誤差范圍內。檢查兩個端部四個箱型梁與油箱箱型梁拼接處平面，平面度不超過3mm。在保證車架長度的同時，將拼接處的坡口間隙控制在5±1mm左右，保證后續焊接質量。坡口切割采用氣割方式，下蓋板采用半自動軌道切割機切割，上蓋板采用手工方式切割，切割余量視車架長度而定，不盡相同。切割完之后，將坡口打磨平直，表面光亮整潔，然后重新測量尺寸，防止尺寸超差。

2 焊接工藝

2.1 材料焊接性分析

機車車架箱型梁上下蓋板的材料均為Q460E（其化學成分見表1、力學性能見表2），計算材料的碳當量CE在0.4～0.6%之間，焊接性相對較差，需要控制好焊接工藝，否則焊接質量無法保證。

2.2 焊接材料及焊接方法的選擇

焊接方法選用藥芯焊絲氣體保護電弧焊；根據等強匹配的原則，結合焊接工藝的要求，選用的熔敷金屬為直徑1.2mm的TWE811-Ni藥芯焊絲，符合GB/T 17493 E551T1-Ni1，熔敷金屬的化學成分及力學性能見表3；保護氣體選用CO2，氣體純度部低于99.8%。

2.3 接頭形式

2.5 焊前準備

2.5.1 為了防止出現焊接缺陷，焊前應清除氧化渣、油銹等雜質，坡口及周圍20mm范圍內打磨至金屬光澤，表面平整，牽引銷梁與箱型梁上下蓋板拼接齊，高低錯邊不大于1mm。

2.5.2 在焊縫兩端加引弧板和收弧板，引弧板和收弧板的接頭形式與焊縫相同，坡口角度與焊縫一致。

2.5.3 坡口裝配間隙控制在5±1mm左右。裝配間隙小，導致焊接速度快，熔池變得狹長，冷卻速度快，雜質和氣體不易逸出，焊縫金屬的可變形量減少，導致裂紋敏感性提高；裝配間隙大，焊接熱輸入量就大，焊接效率降低，焊后變形較大，所以必須嚴格控制。調整到位后用U形加強板，以控制上下蓋板拼接焊縫產生的焊接變形，防止蓋板下垂引起端部頭部翹起，造成車架撓度超差。

2.5.4 焊縫反面增加陶瓷襯墊，襯墊要與板材密貼，保證焊縫根部成形良好。

2.5.5 焊前預熱，保證施焊部位兩側100mm區域內溫度高于50℃為止。預熱可以降低焊縫的冷卻速度，也即減小了熱應變的速率，防止生成淬硬組織。

2.6 焊接過程

為了控制焊接變形，盡量采用對稱焊接，四個人在4個焊接位置同時焊接，按照表3經過WPS驗證過的焊接參數焊接下蓋板對接焊縫。平焊時，二氧化碳單面焊道打底焊比較容易出現結晶裂紋，為此要控制打底焊時的焊接線能量，控制線能量即控制焊接電流和焊接速度，焊接控制在200A以下，焊接速度控制150mm/min左右。如果線能量很大，其結果是焊縫晶粒粗大，焊接內應力增大，從而增大了結晶裂紋的傾向。焊接第一層時，在引弧板上引弧，起弧后作鋸齒形橫向擺動，電弧在坡口兩側稍作停留，以達到焊縫與母材熔合良好并采用短弧焊接。收弧時必須在收弧板上熄弧，避免弧坑裂紋。打底焊時的焊縫厚度不宜過薄，否則容易出現裂紋，因此打底層的厚度最好控制在4-5mm。第一層焊完后，清除焊縫中的焊渣，清理干凈后，進行填充層和蓋面層的焊接，每道層間溫度最好控制在50～200℃之間，蓋面焊時焊縫要與母材圓滑過渡。待焊縫冷卻至室溫后，打磨焊縫及兩側80mm范圍內表面，將焊縫打磨到與母材齊平。

3 結束語

經過實踐驗證，運用以上車架組焊工藝，車底架尺寸、撓度與變形可以控制在合理的范圍內，它提高了焊縫探傷檢測通過率和組裝效率，保證車底架能夠滿足機車在各種惡劣工況下安全運行。

參考文獻

[1]張文鉞.焊接冶金學（基本原理）[M].北京：機械工業出版社，2006.

[2]周振豐.焊接冶金學（金屬焊接性）[M].北京：機械工業出版社，2005.

[3]方洪淵.焊接結構學[M].北京：機械工業出版社，2008.

作者簡介：尹凱（1987-），男，漢族，江蘇常州人，本科學歷，從事機車車體架組焊工藝研究工作。