呂松江 倪寶成

(中車(chē)南京浦鎮(zhèn)車(chē)輛有限公司轉(zhuǎn)向架設(shè)計(jì)部 江蘇 南京 210031)

209HS型轉(zhuǎn)向架橫梁與制動(dòng)吊座連接處裂紋的處理方法

呂松江 倪寶成

(中車(chē)南京浦鎮(zhèn)車(chē)輛有限公司轉(zhuǎn)向架設(shè)計(jì)部 江蘇 南京 210031)

分析了209HS型轉(zhuǎn)向架構(gòu)架橫梁與制動(dòng)吊座連接區(qū)域出現(xiàn)裂紋的原因，描述了裂紋的發(fā)生部位及形式，通過(guò)制定合適的焊接參數(shù)，對(duì)構(gòu)架橫梁與制動(dòng)吊座連接區(qū)域裂紋進(jìn)行焊修與補(bǔ)強(qiáng)，提高轉(zhuǎn)向架檢修質(zhì)量。

209HS型轉(zhuǎn)向架；裂紋；焊接；補(bǔ)強(qiáng)；工藝方法

轉(zhuǎn)向架制動(dòng)吊座是制動(dòng)單元與構(gòu)架間的接口部件，車(chē)輛運(yùn)行中制動(dòng)力在制動(dòng)吊座與構(gòu)架橫梁連接部形成較大的彎曲載荷。209HS型轉(zhuǎn)向架在進(jìn)行至第2個(gè)A4修前后，制動(dòng)吊座與構(gòu)架橫梁連接部位上部區(qū)域焊縫及母材出現(xiàn)開(kāi)裂的情況，經(jīng)對(duì)裂紋打磨處理，發(fā)現(xiàn)部分轉(zhuǎn)向架裂紋已貫穿母材，焊接修復(fù)難度大[1]。本文對(duì)此區(qū)域裂紋的形成原因進(jìn)行了分析，并對(duì)裂紋的處理方法及補(bǔ)強(qiáng)進(jìn)行詳細(xì)描述。

1 裂紋產(chǎn)生原因

(1)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原因：209HS型轉(zhuǎn)向架橫梁與制動(dòng)吊座采用箱型焊接結(jié)構(gòu)，制造時(shí)構(gòu)架與制動(dòng)吊座各自組焊后再拼焊到一起，橫梁與制動(dòng)吊座連接部位是整個(gè)構(gòu)架應(yīng)力最大的部位之一，箱型焊接結(jié)構(gòu)接頭處容易產(chǎn)生應(yīng)力集中。本次開(kāi)裂區(qū)域匯集7條焊縫，各焊縫間設(shè)計(jì)間距小，同時(shí)經(jīng)統(tǒng)計(jì)大部分裂紋發(fā)生在靠近側(cè)梁一方，該區(qū)域制動(dòng)吊座邊沿正對(duì)橫梁上蓋板折彎部位，板材折彎區(qū)域長(zhǎng)期處于大的交替拉、壓應(yīng)力狀態(tài)，容易產(chǎn)生疲勞裂紋。

(2)工藝原因：轉(zhuǎn)向架制動(dòng)吊座與構(gòu)架橫梁間連接結(jié)構(gòu)剛性較大，兩者間的殘余應(yīng)力較大，焊縫密集導(dǎo)致熱影響區(qū)域交織，焊接熱影響復(fù)雜，殘余應(yīng)力大，板材性能受到影響。轉(zhuǎn)向架在運(yùn)用中，制動(dòng)吊座長(zhǎng)期承受大的交替拉、壓應(yīng)力，裂紋易產(chǎn)生與發(fā)展。

(3)質(zhì)量原因：轉(zhuǎn)向架在檢修過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)裂紋區(qū)域個(gè)別焊縫有未焊透、未焊滿現(xiàn)象，同時(shí)焊縫已經(jīng)有補(bǔ)焊的痕跡，但在補(bǔ)焊處理時(shí)未對(duì)原焊縫裂紋進(jìn)行徹底清除[2]，車(chē)輛運(yùn)用時(shí)裂紋不斷擴(kuò)展，有的從焊縫延伸至橫梁母材。

2 裂紋部位及型式

2.1 焊縫裂紋

構(gòu)架橫梁與制動(dòng)吊座連接區(qū)域內(nèi)焊縫表面或延及焊縫內(nèi)部的裂紋。

2.2 復(fù)雜裂紋

轉(zhuǎn)向架制動(dòng)吊座與橫梁間出現(xiàn)裂紋后，根據(jù)裂紋形態(tài)、走向或延及的部位分為以下幾種情況：(1)裂紋起始于焊縫并延伸至周邊母材；(2)裂紋起始于焊縫融合區(qū)或熱影響區(qū)，延及周邊板材。

3 焊修與補(bǔ)強(qiáng)工藝

對(duì)于焊縫裂紋，通過(guò)常規(guī)的焊修工藝進(jìn)行處理，焊修前必須徹底打磨清除裂紋。貫通性裂紋處理時(shí)除焊修外，部分還需要對(duì)制動(dòng)吊座與構(gòu)架間的連接部位進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。

3.1 構(gòu)架探傷

(1)對(duì)構(gòu)架制動(dòng)吊座兩側(cè)橫梁上蓋板及腹板進(jìn)行磁粉探傷(MT)與超聲波探傷(UT)，確定裂紋的長(zhǎng)度及深度，裂紋長(zhǎng)度大于60 mm時(shí)構(gòu)架報(bào)廢。

(2)裂紋長(zhǎng)度小于60 mm 時(shí)打磨清除裂紋，打磨長(zhǎng)度不得超過(guò)60 mm。

(3)打磨區(qū)域目視無(wú)裂紋存在時(shí)，對(duì)打磨表面進(jìn)行MT探傷，確定裂紋已完全清除。確認(rèn)裂紋消除后，若打磨后橫梁未貫通，則按照25K型客車(chē)廠修規(guī)程[1]處理，若橫梁打磨后貫通則焊修并補(bǔ)強(qiáng)。

3.2 機(jī)加工

當(dāng)制動(dòng)吊座兩側(cè)均有裂紋時(shí)按照下述要求進(jìn)行機(jī)加工，制動(dòng)吊座僅內(nèi)側(cè)(平板側(cè))有裂紋、制動(dòng)吊座僅外側(cè)(折彎側(cè))有裂紋時(shí)參照制動(dòng)吊座兩側(cè)均有裂紋的處理方法，對(duì)機(jī)加工程序做相應(yīng)更改。各機(jī)加工方法刀具軌跡分別如圖1、圖2、圖3所示。

圖1 兩側(cè)均有裂紋刀具軌跡

圖2 僅內(nèi)側(cè)有裂紋刀具軌跡

圖3 僅外側(cè)有裂紋刀具軌跡

(1)采用?25 mm立銑刀對(duì)橫梁上蓋板進(jìn)行切削，切削深度控制在4～6 mm，進(jìn)刀位置要求刀具中心離制動(dòng)吊座安裝板側(cè)面37.5 mm，機(jī)床X向切削至刀具中心離腹板內(nèi)側(cè)面22.5 mm時(shí)改為Y向切削，Y向切削走刀200 mm時(shí)改為X向切削，當(dāng)?shù)毒咧行碾x腹板內(nèi)側(cè)面12.5 mm時(shí)改為Y向往回切削，當(dāng)?shù)毒咧行碾x制動(dòng)吊座安裝板側(cè)面12.5 mm時(shí)X向退出刀具，停機(jī)檢查已切削橫梁上蓋板最小厚度，調(diào)整Z向坐標(biāo)，按上述加工過(guò)程再切削一次。

(2)使用?25 mm立銑刀加工折彎處橫梁上蓋板，加工時(shí)采用改變Z向坐標(biāo)階梯式方法，但改變Z向坐標(biāo)時(shí)要時(shí)刻關(guān)注并避免刀具對(duì)腹板進(jìn)行切削，最后要求橫梁上蓋板至制動(dòng)吊座安裝板側(cè)面的距離為43 mm。

(3)完成機(jī)加工工序之后，用打磨方式去除橫梁上蓋板約1 mm安全余量，并清理切割面的毛刺飛邊。

3.3 焊修方法及焊接參數(shù)

3.3.1 坡口處理

在切割面上分別按照?qǐng)D4、圖5打磨坡口，并對(duì)所有處理后的表面做MT探傷，確保表面無(wú)缺陷。

圖4 30°接頭坡口

圖5 50°接頭坡口

3.3.2 橫梁腹板焊補(bǔ)

將原上蓋板與腹板焊縫沿上蓋板的加工缺口打磨至與腹板側(cè)面齊平，在腹板上打磨如圖6所示的缺口，坡口按30°制備，注意距離腹板頂面留出約1 mm距離，然后堆焊缺口。采用T135堆焊方法完成腹板焊補(bǔ)，焊接電流250～280 A，電壓26～28 V，焊接速度4～5 mm/s，焊接時(shí)層間溫度控制在180 ℃以內(nèi)，并做好層間清理。焊后對(duì)焊補(bǔ)層表面進(jìn)行MT探傷，要求無(wú)裂紋。

圖6 打磨缺口及點(diǎn)焊位置

3.3.3 制動(dòng)吊座安裝板打磨去焊縫

根據(jù)裂紋分布情況，用打磨方法去除裂紋側(cè)制動(dòng)吊座安裝板與橫梁腹板的部分角焊縫(從橫梁腹板下平面開(kāi)始約50 mm 長(zhǎng)，見(jiàn)圖7)。打磨后的焊接接頭處磨出約15°～30°的斜面。

圖7 打磨去除焊縫示意圖

3.3.4 橫梁上蓋板組焊

焊接前對(duì)制動(dòng)吊座、側(cè)梁端頭處施加工藝支撐，并在對(duì)接焊縫的外沿增加引弧板，用以對(duì)接焊縫的引弧和收弧。首先點(diǎn)焊補(bǔ)強(qiáng)板，點(diǎn)焊長(zhǎng)度為20～40 mm，圓弧處不得點(diǎn)焊，點(diǎn)焊后進(jìn)行TIG 打底，然后用MAG 焊填充蓋面，焊接參數(shù)如表1所示，焊接層間溫度控制在180 ℃以內(nèi)，焊接時(shí)做好層間清理，焊后將焊縫表面磨平。焊接完成后打磨對(duì)接焊縫的引弧板，并將切割面打磨至與橫梁上蓋板側(cè)面平齊，對(duì)焊縫區(qū)域做局部熱處理，將焊縫區(qū)域加熱到600～650 ℃，并用石棉網(wǎng)對(duì)加熱區(qū)域保溫緩冷，消除部分殘余應(yīng)力。焊后對(duì)所有焊縫表面及引弧板切割面做MT探傷，并對(duì)圖8中標(biāo)示區(qū)域做UT探傷。

表1 焊接參數(shù)表

圖8 探傷區(qū)域示意圖

3.3.5 橫梁腹板焊接

按照?qǐng)D9的焊接順序施焊，采用推焊的焊接手法，焊接至焊縫轉(zhuǎn)角位置時(shí)，注意尖點(diǎn)的熔池成型，確保該處能夠熔透。完成橫梁腹板與橫梁上蓋板補(bǔ)強(qiáng)板的焊接(50°T 型接頭焊縫)，焊接參數(shù)如表2所示，焊接層間溫度控制在180 ℃以內(nèi)，焊接時(shí)做好層間清理。待焊縫冷卻后對(duì)上步工序焊縫進(jìn)行MT、UT 探傷，探傷合格后再完成制動(dòng)吊座安裝板與橫梁腹板的a6 角焊縫。

圖9 橫梁腹板焊接示意圖

焊縫焊接位置焊道電極特性焊接方法電流/A電壓/V焊接速度/(mm·s-1)50°T型接頭 PA1直流正接t141120～14010～132～3PA2直流反接t135260～31026～315～7PA3直流反接t135260～31026～315～7PA4直流反接t135270～30027～304～6aб角焊縫PB1～2直流反接t135260～29027～303～4

3.4 補(bǔ)強(qiáng)

焊修完成后加焊筋板，增加制動(dòng)吊座與構(gòu)架橫梁間的連接強(qiáng)度。將內(nèi)、外側(cè)筋板的2個(gè)坡口邊貼合在制動(dòng)吊座及構(gòu)架橫梁上蓋板上，保證內(nèi)外側(cè)筋板坡口面與側(cè)梁上蓋板平面重合。點(diǎn)焊內(nèi)、外側(cè)筋板、制動(dòng)吊座上補(bǔ)強(qiáng)板(見(jiàn)圖10)，點(diǎn)焊點(diǎn)長(zhǎng)度為20～40 mm。按照?qǐng)D11焊接順序完成內(nèi)、外側(cè)筋板的連接焊縫(T012 焊縫)的焊接，層間溫度控制在180 ℃以內(nèi)，焊接時(shí)做好層間清理，并進(jìn)行MT、UT 探傷。完成制動(dòng)吊座上補(bǔ)強(qiáng)板a7 角焊縫的焊接。堆焊完成后，打磨筋板端頭堆焊處，需將堆焊焊縫打磨圓滑過(guò)渡，打磨后進(jìn)行MT 探傷檢查。焊接參數(shù)如表3所示。

圖10 內(nèi)、外側(cè)筋板及補(bǔ)強(qiáng)板焊接示意圖

圖11 內(nèi)、外側(cè)筋板焊縫焊接順序示意圖

表3 焊接參數(shù)表

3.5 劃線檢查

焊修、補(bǔ)強(qiáng)完成后，對(duì)構(gòu)架三維劃線，復(fù)查構(gòu)架各部尺寸符合25K型客車(chē)的檢修規(guī)程要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

轉(zhuǎn)向架制動(dòng)吊座與橫梁間連接部位是構(gòu)架主要的受力部位，在制動(dòng)力的頻繁作用下容易產(chǎn)生疲勞裂紋，若檢修不當(dāng)，裂紋會(huì)不斷延伸擴(kuò)展，嚴(yán)重時(shí)造成制動(dòng)吊座的斷裂失效。在轉(zhuǎn)向架各級(jí)修程中，檢修單位需嚴(yán)格按照工藝要求進(jìn)行檢修，并加強(qiáng)對(duì)該部位檢修質(zhì)量的管控，確保轉(zhuǎn)向架檢修質(zhì)量。

[1] 中華人民共和國(guó)鐵道部.25K型客車(chē)A4修規(guī)程[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，2002.

[2] 張彥華.焊接結(jié)構(gòu)原理[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2011.□

(編輯：繆 媚)

2095-5251(2016)02-0038-03

2015-01-06

呂松江(1987-)，男，本科學(xué)歷，工程師，從事客車(chē)轉(zhuǎn)向架制造、檢修工藝研究工作。

U270.33

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