王秀范

(齊齊哈爾軌道交通裝備有限責(zé)任公司，黑龍江 齊齊哈爾 161002)*

0 引言

隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，國家工業(yè)建設(shè)和電力建設(shè)迅速發(fā)展，鐵路承擔(dān)著日益增加的大型變壓器、發(fā)電機(jī)、軋鋼設(shè)備、鍋爐、反應(yīng)塔等特種長大貨物的運(yùn)輸［1］.大型凹底車、鉗夾車和落下孔車是長大特種貨車的三大主要類型，其中，鉗夾車是目前鐵路特種貨運(yùn)市場的主要車型之一［2］.鐵路鉗夾車早在20年代初便已問世.首輛這種車于1923年由德國的M.A.N工廠制造，是為滿足萊茵－韋斯特里亞發(fā)電站需要而訂購的［3-4］.隨著技術(shù)的進(jìn)步，車輛載重也不斷增加，成為最有發(fā)展前途的車種.目前使用的鉗夾車最大載重量已超過800t［5］.鉗夾車由2個對稱的半節(jié)車構(gòu)成.運(yùn)輸貨物時，貨物被懸掛在2個鉗形梁之間，使貨物與鉗形梁成為一個整體，貨物成為整個車輛的一部分.鉗夾車能最有效地利用鐵路限界空間，它不僅能運(yùn)輸有自承載能力的貨物，而且通過附加的裝備也可運(yùn)輸那些沒有自承載能力的貨物［6］.

圖1 鉗夾車與掛貨鉤連接示意圖

采用鉗夾車運(yùn)輸?shù)霓D(zhuǎn)載工具分兩類，即掛貨鉤和運(yùn)輸端蓋.掛貨鉤是鉗夾車運(yùn)輸600MW發(fā)電機(jī)定子時連接鉗夾車與定子的關(guān)鍵部件，使用時四件為一組，分別與鉗夾車鉗形梁的四個車耳孔連接，鉗夾車與掛貨鉤連接運(yùn)用見圖1.掛貨鉤的設(shè)計，除要保證足夠路的強(qiáng)度、剛度外，還有保證運(yùn)輸中的穩(wěn)定性即保持轉(zhuǎn)動平衡，要絕對的安全可靠［7］.2006年我公司采用德國材質(zhì)DILLIMAX690T高強(qiáng)度可焊結(jié)構(gòu)鋼制造一組掛貨鉤，2007～2011年經(jīng)歷了多次實物運(yùn)用考驗，達(dá)到了預(yù)計效果.

1 結(jié)構(gòu)介紹

掛貨鉤主要由上、下基板，主立板及隔板、附件等組成的箱型結(jié)構(gòu).主立板為100 mm厚板料，掛貨鉤每件重量為5 373 kg，結(jié)構(gòu)示意圖見圖2.

圖2 掛貨鉤結(jié)構(gòu)示意圖

2 工藝難點分析

2.1 DILLIMAX690T高強(qiáng)鋼焊接工藝難點分析

由于鋼結(jié)構(gòu)料件全部采用德國進(jìn)口的DILLIMAX690T調(diào)質(zhì)可焊高強(qiáng)鋼，掛貨鉤組成是貨物運(yùn)輸?shù)年P(guān)鍵部件，掛貨鉤組成的焊接質(zhì)量是影響貨物運(yùn)輸?shù)年P(guān)鍵環(huán)節(jié)，特別是德國DILLIMAX690T高強(qiáng)鋼是在掛貨鉤制造上首次應(yīng)用，而該鋼種有兩個特性給保證鋼結(jié)構(gòu)的制造質(zhì)量帶來非常大的難度.

第一，該鋼種如經(jīng)過火焰切割，當(dāng)經(jīng)歷較高溫度的熱循環(huán)時會發(fā)生晶粒度、金相組織以至性能的變化，必須用冷加工的機(jī)械方法將硬化層去掉后才可進(jìn)行焊接.

第二，由于該鋼種加熱溫度不能超過560℃，否則，原始淬火和回火條件因此被改變.所以，壓型零件與其它零件裝配幾何尺寸超差時，不能用加熱的方法烤頂零件進(jìn)行調(diào)修.部件焊接完成后，如變形過大，也不能用火焰矯正的方法進(jìn)行矯正.

以上兩點表明，鋼結(jié)構(gòu)組件在整個制造過程中取消了火焰切割配制和火焰矯正工序，難度極大.

2.2 確保掛貨鉤整體加工精度工藝難點分析

每組4個掛貨鉤，2個掛貨鉤為一端.每端兩個掛貨鉤的耳孔φ302同軸度控制，是掛貨鉤加工的難點.為保證掛貨鉤組成加工精度，組焊后要進(jìn)行整體回火消除殘余應(yīng)力處理，然后進(jìn)行整體噴砂處理，利于二次機(jī)械加工和提高掛貨鉤的強(qiáng)度和使用壽命.

3 制造工藝

(1)工藝流程

下料、加工→組焊→熱處理→拋丸→探傷檢查→二次加工→交驗.

(2)下料、加工

下料:德國板料下料前進(jìn)行超聲波探傷檢查，合格后方可使用.采用數(shù)控等離子切割制造，周邊預(yù)留板材硬化層加工量.校平:7～12 mm厚板料采用校平機(jī)校平，12 mm厚以上板料采用壓力機(jī)校平.

機(jī)械加工:零件周邊采用刨床加工，組焊后部件采用數(shù)控加工中心或落地銑鏜床上加工成形(熱處理后進(jìn)行二次加工).

(3)組裝、落成

在超平的平臺上進(jìn)行掛貨鉤組裝，以平臺面為基準(zhǔn)，在下基板上劃線組對主立板等件.組對前主立板孔、前頂座、鉤尾止塊等留加工量，組焊后進(jìn)行二次加工，掛貨鉤組焊后，根據(jù)德國料源資料進(jìn)行回火消除應(yīng)力處理，然后進(jìn)行噴砂處理，外露焊縫全部進(jìn)行磁粉探傷檢查，合格后進(jìn)行整體二次機(jī)械加工，確保掛貨鉤組成精度要求.

(4)焊接工藝

(a)焊接材料選用

根據(jù)試驗結(jié)果及焊接材料資源情況確定用德國的 ER100S－G(焊絲)、E11018－G(焊條)進(jìn)行DILLIMAX690的同種材料的焊接及與Q345E低合金鋼的異種材料的焊接.

(b)焊前準(zhǔn)備要點

工件在裝配前應(yīng)清除焊縫處及兩側(cè)邊緣20 mm范圍內(nèi)的鐵銹，油污及有害雜質(zhì)(包括預(yù)涂底漆)至露出母材金屬.

焊條保溫筒在盛裝焊條前，要在接通電源提前加熱30 min以上，以驅(qū)除筒內(nèi)的潮氣，焊接時焊條保溫筒應(yīng)始終接在電源上，以保證其保溫溫度的恒定.

預(yù)熱及層間溫度

板厚＜30 mm時焊前應(yīng)對焊縫處及兩側(cè)100 mm范圍內(nèi)進(jìn)行120～150℃預(yù)熱，板厚≥30 mm時焊前應(yīng)對焊縫處及兩側(cè)200 mm范圍內(nèi)進(jìn)行150～180℃.

預(yù)熱測溫點距焊縫中心線50 mm，層間溫度120～150℃.預(yù)熱過程中，預(yù)熱器噴嘴與工件之間的距離大于50 mm，為避免增加焊縫的含氫量，嚴(yán)禁將預(yù)熱火焰直接對準(zhǔn)焊縫.在用手持預(yù)熱器進(jìn)行局部預(yù)熱時，須將預(yù)熱范圍加大，以免造成較大的局部溫差.預(yù)熱采用氧—乙炔焰.

(c)焊接

定位焊:板厚＜30 mm時焊前應(yīng)對焊縫處及兩側(cè)100 mm范圍內(nèi)進(jìn)行120～150℃預(yù)熱，板厚≥30 mm時焊前應(yīng)對焊縫處及兩側(cè)200 mm范圍內(nèi)進(jìn)行150～180℃預(yù)熱.測溫點距焊縫中心線50 mm，預(yù)熱溫度為120～150℃，定位焊縫的長度不得小于50 mm.

鋼板對接:鋼板對接焊縫必須使用手工焊條電弧焊接，坡口處采用多層直通焊法，焊條不允許擺動，每層厚度不得大于3 mm，層間溫度控制在120～150℃.清根時要露出焊縫金屬，必須采用砂輪或旋轉(zhuǎn)銼刀等機(jī)械方法清根.不允許使用碳弧氣刨或氧－乙炔火焰清根.

對接焊縫要保證焊縫的兩側(cè)邊緣各覆蓋母材2～4 mm，焊縫加強(qiáng)高不大于3 mm.每道焊縫寬度應(yīng)小于10 mm.對接焊縫除打底和蓋面層外，允許用風(fēng)鏟擊打焊縫，釋放應(yīng)力，但擊打時應(yīng)避免將高壓風(fēng)中的油和水帶入焊接區(qū).

焊接時應(yīng)以短弧操作，窄焊道為宜.

焊縫不得有裂紋、夾渣、弧坑和氣孔等缺陷，咬邊深度不大于0.3 mm，焊接收弧時，弧坑應(yīng)填滿，不允許出現(xiàn)弧坑裂紋.

焊接方法:焊縫主要采用焊絲氣體保護(hù)、焊條電弧焊的焊接方法和自動化焊接設(shè)備進(jìn)行施焊，盡可能的采用自動焊接，減少熱輸入，保證焊接接頭性能.

(d)焊后處理

對于焊接缺陷的焊補(bǔ)，焊補(bǔ)前應(yīng)將缺陷處清理干凈，必須采用砂輪或旋轉(zhuǎn)銑刀等機(jī)械方法清理，探傷確認(rèn)裂紋已消除，要求修磨與周圍圓滑過渡.但無論缺陷大小，焊補(bǔ)的焊縫長度必須大于50 mm.

4 主要工藝參數(shù)的確定

4.1 整體回火參數(shù)

采用自動控溫的天然氣熱處理爐.該爐爐內(nèi)溫度場均勻，空、燃比自動調(diào)節(jié)，可實現(xiàn)自動控溫，控溫精度可達(dá)±10℃.加熱溫度:600±20℃，保溫時間:3～4 h，保溫結(jié)束后隨爐冷至300℃以下出爐空冷.

4.2 焊接規(guī)范參數(shù)

焊條電弧焊和氣體保護(hù)焊絲電弧焊焊接工藝參數(shù)分別見表1和表2.

表1 焊條電弧焊焊接工藝參數(shù)

表2 氣體保護(hù)焊絲電弧焊焊接工藝參數(shù)

5 重點部位的質(zhì)量控制

(1)掛貨鉤組成加工精度質(zhì)量保證措施

掛貨鉤組成加工精度要求非常高，A面與前頂座垂直度公差小于0.1 mm，A面與主立板孔平行度公差小于0.1 mm，并且每組掛貨鉤主立板孔要匹配，加工難度很大.解決措施:主立板等重要件一次加工后留量，重要部位如A面、主立板孔等組焊前后進(jìn)行二次加工，見圖2.為保證每端(2個)掛貨鉤主立板孔同軸度要求，采取每端(2個)掛貨鉤增加工藝聯(lián)接梁，2個掛貨鉤聯(lián)接在一起定位加工.加工后每端2個掛貨鉤涂打同一標(biāo)記，便于裝車運(yùn)用.

(2)重點焊接部位質(zhì)量保證措施

①掛貨鉤補(bǔ)強(qiáng)板(左、右)與上基板焊接:采用圖3Ⅱ截面的焊縫形式.鋼板邊緣尖角修磨成R3 mm，焊縫及鋼板表面用風(fēng)動千頁片砂布拋光.②掛貨鉤主立板與上基板焊接:采用圖3Ⅲ截面的焊縫形式.鋼板邊緣尖角修磨成R3 mm，焊縫及鋼板表面用風(fēng)動千頁片砂布拋光.③掛貨鉤主立板與上基板焊接:采用圖3 C－C截面的焊縫形式.鋼板邊緣尖角修磨成R3 mm，焊縫及鋼板表面用風(fēng)動千頁片砂布拋光.

圖3 掛貨鉤(HF103-09-00-000)結(jié)構(gòu)局部示圖

6 結(jié)論

該產(chǎn)品制造前，對技術(shù)圖紙等技術(shù)資料，進(jìn)行了全面工藝分析，編制了完整的工藝文件，指定了合理的工藝措施.在制造過程中，重點部位的質(zhì)量保證措施達(dá)到了指導(dǎo)生產(chǎn)、保證產(chǎn)品質(zhì)量的作用，滿足圖紙及技術(shù)條件要求，達(dá)到了預(yù)期效果.交付用戶后，經(jīng)過幾年的實際運(yùn)用考驗，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益.

［1］孫海波，田葆栓.鐵路D38型載重380t鉗夾車運(yùn)輸?shù)难芯浚跩］.專業(yè)運(yùn)輸，2010(6):31-33.

［2］祝震，樸明偉，兆文忠.新型D35鉗夾車導(dǎo)向方式與輪軌安全性對策［J］.大連交通大學(xué)學(xué)報，2008(10):7-11.

［3］田葆栓.鐵德國鐵路鉗夾車技術(shù)特性［J］.國外鐵道車輛，1999(5):7-11.

［4］VON HARALD WALDEEK，ALFONS VIELHABER.Tragschnabelwagen furden Transport schwerer und gro volumiger Lasten［J］.ZEV+DET Glas.Ann，1990(11/12):144.

［5］中國機(jī)械工程焊接學(xué)會.焊接手冊［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

［6］田葆栓，王克會.鐵路特種貨車的需求與發(fā)展［J］.中國鐵路，2003(7):28-30.

［7］趙承壽.鐵路鉗夾式貨車運(yùn)輸方式的研究［J］.鐵道車輛，1995(33):19-24.