铁道车辆制造作业(客车转向架构架的研究)

第一篇：铁道车辆制造作业(客车转向架构架的研究)

车辆结构焊接基本理论与技术的分析与研究

——客车转向架焊接基本理论与技术

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摘要

本文主要介绍了客车转向架焊接构架的材料选用、结构型式、焊接工艺、工艺流程、热处理和表面处理、静强度和疲劳强度的影响因素等内容，其中主要侧重谈论焊接构架的结构要求和焊接工艺。

关键词

客车转向架

焊接构架

选材 工艺

探伤

一、引言

铁路客车的转向架是铁道车辆中的最关键部件,担负着支撑车体、运行、转向等功能,它决定着客车的运行品质和行车安全。其结构的合理性和材料性能的好坏对车辆的运行和安全性起着至关重要的作用。由于转向架焊接构架与铸钢构架相比具有质量轻、生产效率高、成本低等优点,因此国内外机车车辆转向架构架普遍采用焊接结构。

构架是全焊接方式，焊接后必然产生较大的构架焊接变形，使组装过程中出现组装间隙，从而影响组装精度。另外，在用热处理方法消除钢板残余应力和焊接应力过程中，也都将产生一定量的变形，这对确保构架设计精度造成了很大的困难。因此通过合理的工艺手段来保证构架精度就显得尤其重要。焊接式构架转向架核心部分是构架，要生产出高标准的焊接构架，必须要有合理的工艺流程，而且，对影响质量的关键工序必须要有合理的工艺方法和措施来保证。

二、转向架焊接构架选材

1． 列车用转向架构架的钢材都采用优质或高级优质钢，其特征是:钢中有害杂质硫、磷的含量控制严，杂质含量少，并且分布均匀，因此有利于减小时效敏感性树冷脆性，减小焊接热裂倾向，从而提高材质的抗疲劳性能

2． 可焊性是指钢材焊接时形成裂纹和在焊缝区产生脆性的程度。主要取决于钢材的化学成分，另外还与焊件结构的形状、刚度，以及焊接材料和工艺规范有关。一般当碳钢含碳量不大于0.25%，合金钢含碳量不大于0.18%或碳当量GE<0.45%时，其可焊性属良好。

3． 为了减轻自重并确葆疲劳强度，列车转向架焊接构架材质应选用杂质含量为0.035%，强度为500MPa级，低温性能一40℃时的优质镇静钢‘09MnTiCuXtDR、09MnZVDR低温压力容岩用钢比较理想;其次16MnDR钢尚可。

4． 列车转向架构架的安全可靠性要求高，它既取决于材质性能，还与具体结构、尺寸、形状、制造工艺有关。

三、客车焊接构架结构

1.209型焊接构架

下面是209型焊接构架该构架由侧梁、横梁、端梁等组成型，结构如图1图2

所示

（图2）

2.焊接4种断面型式的比较分析

① .形断面型式

如图3所示，该构架的侧梁，横梁均用4块钢板组对焊接成I形。立板需加工坡口后焊接，此结构机械加工工作量与焊接工作量较大，因此生产周期较长，并由于焊缝多，焊后变形较大，相应增加了调修工作量，但该结构不需要大型压模，其生产准备周期较短。

②.钢板压型焊接断面型式

如图4所示，该构架的侧梁，横梁采用钢板整体压成门形结构，然后用平直钢板作为下盖板组焊成封闭型断面。该结构断面简单，只有两条纵向焊缝，使焊接，机械加工，组对等工作量最少。

图3

图4

③.楷形钢板组坏断面型式

如图5所示，该构架侧梁、横梁用压棋将钢板压成槽形，然后将两对称的槽形组对合成箱型。焊接时，上下开60“V形坡口。并由于在8个弹黄支柱座面处要求加工在同一平面内，故需将原压型的面加工去除后，再在该处另贴附组焊8块的座板或者补焊出16块20mm厚的耳板，以便加工后安装弹簧支柱，从而使本结构形式的机械加工和焊接工作量大大增加。每个构架仅侧梁、横梁就需机械加工约

80m，焊缝约29m。

④ 槽钢组环断面型式

如图6所示，该结构适用于在无大型压制设备，不需要制作大型压模的条件下即可投产的结构。此结构用2’根220x79xg(mm)的槽钢相对合成箱型。由于无合适的槽钢形规格产品，为提高强度，需加上下盖板组焊。从而使机械加工和焊接的工作量相应增多，仅侧梁，横梁的机械加工和焊接工作量就为42m左右。

图5

图6

四、焊接构架技术要求

构架是转向架的骨架，用以联系转向架各组成部分和传递各方向的力。构架焊接质量的优劣直接影响着客车的行车安全和转向架的寿命，影响旅客乘坐的舒适、平稳。为此，技术条件要求严格，除满足TB1580一85、TB1582一85等铁标外，另做如下规定: 1．构架组焊后两侧梁纵向和横向的弯曲在全长范围内均不得大于3mm，横梁的四角高度允差4mm。

2．构架组焊后须进行消除焊接应力处理，如采用低温退火，退火后须进行抛(喷)丸处理，并及时涂环氧脂保护漆。

3．侧梁中部900mm范围内的焊缝进行超声波探伤或用5.skg的电磁探伤器进行探伤。采用超探时按TB1558一84对接焊缝超声波探伤标准l级执行。

4．各加强板末端按角焊缝(表面凹陷)施焊，焊后进行修磨，与有关部位圆滑过渡。

5．侧梁下盖板为受拉面，不得存在有引弧和焊点凹坑、缺肉、划伤等缺陷。6．压型侧梁、横梁在压型圆角、焊缝及摇枕吊座、发电机吊架焊缝处，不得有裂纹存在。如发现有裂纹，必须铲除干净，并开45坡口进行焊补，然后磨平.五、焊接工艺

1.传统焊接与机人焊接方案比较

传统的焊条电弧焊及半自动CO2气体保护焊焊接手段进行生产，则存在以下问题而无法满足要求，经调查研究，结合目前焊接技术的发展，认为采用机器人焊接方案切实可行。

1）生产效率低。机车构架采用焊条电弧焊及半自动CO2气体保护焊，工人劳动强度大，生产效率低。为提高生产效率，应采用生产效率高的焊接机器人来生产。

这也是焊接机器人的优点之一。

（2）焊接质量不稳定。采用焊条电弧焊或半自动CO2气体保护焊，其焊接质量随操作工人的技能、情绪等人为因素影响较大。比如，戚机厂对兰新线转向架构架焊缝产生裂纹的情况进行了调查统计，发现在侧梁、横梁及端梁等多处出现裂纹，裂纹长度不一，裂纹深度及至整个焊缝的深度，给机车的安全运行带来了隐患。分析原因主要是焊工人为因素所致。为消除人为因素的影响，提高产品的焊接质量，采用了自动化焊接系统。由于焊接机器人在铁路装备生产制造方面应用越来越广泛，其焊接质量很高，所以，采用焊接机器人焊接转向架构架部件是有必要的。

（3）生产环境差。在生产铁路机车构架时，由于焊接工作量大，故生产环境很差。当焊接烟尘和保护气体超过允许浓度时，就会影响焊工的身体健康。采用焊接机器人进行操作，焊接机器人系统带有烟尘净化装置，可以减小对环境的污染。而且，机器人在这种环境下操作，解决了在工作中对人体的危害。2.焊接顺序与工艺参数

构架部件弧焊机器人工作站包括焊接机器人系统和变位机。组装、点焊，通过手工操作完成，结构件的定位组装通过点焊工作台架工件定位系统实现。点焊好的工件置于自动焊接变位机上，对两侧四条焊缝进行船形焊接。由弧焊机器人系统完成自动焊接，具有较高的自动化程度。为控制焊接变形，采用合理的焊接次序来减少焊接变形。因为工件板厚较大，分四层进行焊接，每焊完一层，要进行敲渣，同时加入吹焊枪内飞溅子程序。机器人自动焊采用药芯焊丝CO2气体保护焊，焊丝型号为E501T-1L。为正确选择工艺参数，保证焊接质量，尤其是熔透深度，在对工件施焊以前进行了工艺试验。试件焊完后进行切片，观察焊道及熔深情况，并进行相应力学性能试验。经过试验，确定了相应工艺参数值。3 工艺流程

工艺流程下所示。

六、构架热处理

1.各种部件在焊接完成以后，都会不可避免地产生不同程度的横向、纵向变形、挠曲变形以及残余内应力，所以在焊接完成以后，一般情况下，都要对其进行热处理，同时，根据强度、刚度等方面的要求，对其进行必须的表面热处理。

2.构架的热处理过程中，对消除残余内应力的热处理，一般要求构架随炉升温至550~570℃之后保温3 小时，在此热处理后材质的冲击韧性略有下降，但并不会影响构架强度。

3.对热处理过程中和热处理后构架变形的控制要求如下：在热处理过程中，一般要求将构架导框的弹簧承面和构架中心这五点用垫块垫平，以减小构架在高温状态下因自重产生的变形。热处理后，上平台检测时，个别构架超差则可用冷调的办法调整,以确保设计要求。所有耐磨件均需在热处理后组装，以防止耐磨件回火，性能下降。

构架组焊完工后作整体退火处理，退火曲线如图7所示，图7

七、探伤与修整

裸伤检查发现的缺陷分两类。第一类为侧梁、横梁、加强梁轧压裂纹;第二类为气孔、夹渣、未焊透、焊接裂纹等焊接缺陷。焊接缺陷按TB158o一82技术条件处理。

焊接接头的打磨修整对提高构架疲劳强度关系极大。构架关键部位的焊接接头，如侧

梁与加强梁、侧梁与横梁、摇枕吊座与侧梁以及侧梁中心90omm范围内的补强板焊接接头要求组焊或焊后打磨修整时参照图8所示

图8

八、结语

车辆结构焊接基本理论和技术的分析和研究涉及面广，本文以209型客车转向架为例说明了焊接构架的结构特点，浅显地研究了焊接构架的焊接工艺方案选择、热处理方法及检修与焊接修整。

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