齊曉明 成紅蕾 劉家棟

(1.中車株洲電力機車有限公司技術(shù)中心 湖南 株洲 412001；2.株洲聯(lián)誠集團有限責(zé)任公司工藝研發(fā)部 湖南 株洲 412001)

TSG14型受電弓上框架結(jié)構(gòu)改造工藝分析及實施方案

齊曉明1成紅蕾2劉家棟1

(1.中車株洲電力機車有限公司技術(shù)中心 湖南 株洲 412001；2.株洲聯(lián)誠集團有限責(zé)任公司工藝研發(fā)部 湖南 株洲 412001)

TSG14型受電弓在使用過程中，其上框架連接管與階梯管連接處焊縫出現(xiàn)了表面裂紋，為此須對受電弓上框架結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化改造。通過分析結(jié)構(gòu)改進過程中的工藝難點，制定具體工藝措施，完善生產(chǎn)工藝，提高產(chǎn)品質(zhì)量，最終使TSG14型受電弓滿足了客戶要求。

TSG14型受電弓；上框架；開裂；改造

1 背景

廣州地鐵三號線于2005年底開通運營，采用剛性懸掛供電網(wǎng)線，車輛最高運行速度120 km/h，列車編組型式為：-A+B+A-，每列車配置2架受電弓。三號線車輛采用國外引進技術(shù)的TSG14型受電弓，現(xiàn)場共裝有80架受電弓，其中進口8架。2009年10月開始，在受電弓例行檢查過程中陸續(xù)發(fā)現(xiàn)有8個上框架在連接管與階梯管連接處的焊縫出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，其中5個為國外進口，3個為國產(chǎn)化產(chǎn)品。開裂位置具體如圖1所示。

圖1 受電弓開裂位置圖

2 開裂原因及改造方案

受電弓在運行過程中，弓頭受弓網(wǎng)動態(tài)接觸壓力、動態(tài)沖擊載荷及摩擦力等復(fù)雜力學(xué)作用。通過測量三號線車輛受電弓運行過程中的弓網(wǎng)動態(tài)接觸力及弓頭所受的垂直與水平?jīng)_擊力，最終確認運行環(huán)境惡劣導(dǎo)致網(wǎng)線對受電弓的沖擊力過大，原受電弓結(jié)構(gòu)無法滿足該路況的使用要求，最終引起了上框架焊縫開裂。

為保證受電弓動態(tài)運行的穩(wěn)定性及可靠性，決定對已運營的80架受電弓上框架結(jié)構(gòu)陸續(xù)進行改造，改造方案如圖2所示。

圖2 結(jié)構(gòu)改造方案圖

3 工藝分析

3.1 焊縫形式

改造后焊縫為3V(坡口形式詳見圖3)對接焊縫，焊接位置為環(huán)焊(PA+PF)[1]，改造后焊縫由原結(jié)構(gòu)的1條分散為2條，不再存在環(huán)焊尖端死角。同時，運行過程中單條焊縫的承受載荷變小。由于角度變大，焊接過程較原結(jié)構(gòu)更易操作。

t1—管件1；t2—管件2。圖3 焊縫形式

3.2 工藝難點

受電弓上框架由無縫拉拔鋁合金分段管制成，受電弓焊接件在生產(chǎn)制造過程中的工藝難點主要有：(1)鋁合金框架為7系列材料，焊接性能較差；(2)受電弓焊接件多數(shù)為管件且形成封閉焊縫(單面雙面成型)，焊接不易操作；(3)焊后難以滿足尺寸要求。

結(jié)構(gòu)改造后焊縫較多，且有交叉焊縫出現(xiàn)，焊后內(nèi)應(yīng)力較大。EN 15085—3標準設(shè)計要求提出，焊縫的位置應(yīng)保持一定的距離，以使熱影響區(qū)不相互重疊。因此焊后對上框架進行整體去應(yīng)力退火。

4 實施過程

4.1 焊前準備

切除原焊縫結(jié)構(gòu)：將上框架整體置于焊接平臺，利用輔助工裝及工具切除、修磨左右變徑管被切除處的坡口。

4.2 實施過程

為控制焊接變形，保證產(chǎn)品質(zhì)量，確定合理的焊接順序如下：

(1)直管焊接。使用工裝將叉頭分焊件與上框架切割件連接，插入銷子緊固；配裝直管(見圖4)，可將其進行適當(dāng)打磨以滿足裝配間隙要求，保證4條3V焊縫處的裝配間隙為0～2 mm；驗證焊接尺寸(連接管與頂管外側(cè)間距)；驗證尺寸合格后，分別點焊直管、叉頭分焊件與變徑管連接處；用鋼絲刷清理焊點，滿焊半圈；翻邊，對另外一側(cè)施滿焊。再轉(zhuǎn)到機加工車銑開槽。

1—變徑管；2—輔助工裝；3—直管。圖4 加直管后產(chǎn)品焊接圖示

(2)加強筋板焊接。按圖5所示尺寸裝左右加強筋板；分別點焊定位筋板與管子連接處(每個筋板至少2處點焊)；清理點焊焊點；按圖示焊縫要求，對筋板施滿焊；精整焊縫，交尺寸專檢和滲透檢測(PT)。以上工作完成后，上框架進行整體去應(yīng)力退火。

4.3 焊接缺陷控制

焊接缺陷的控制主要在以下3個方面[2]：

(1)控制環(huán)境溫、濕度。作業(yè)區(qū)要求溫度在5 ℃以上，濕度小于70%。

(2)控制焊縫氣孔。①減少氫的來源：使用的焊接材料(包括保護氣體、焊絲、焊條等)要嚴格限制含水量，使用前進行干燥處理，焊前清除焊絲及母材表面的氧化膜和污染物；②控制焊接工藝：焊接工藝參數(shù)的影響主要可歸結(jié)為對熔池在高溫存在時間的影響，也就是對氫的溶入時間和析出時間的影響；③TIG焊參數(shù)的選擇：一方面采用小的熱輸入以減少熔池存在時間，須適當(dāng)提高焊接速度；另一方面為保證根部熔合，以利根部氧化膜中的氣泡浮出，又須適當(dāng)增大焊接電流(見圖6)。

圖5 裝加強筋板后產(chǎn)品焊接圖示

圖6 焊接工藝參數(shù)對氣孔傾向的影響(TIG)

(3)防止熱裂紋的產(chǎn)生。7020系列鋁合金熱裂紋主要為焊縫金屬的結(jié)晶裂紋[3]，焊縫金屬的結(jié)晶裂紋主要是通過合理選定焊絲并配合適當(dāng)?shù)暮附庸に噥磉M行控制。通過對焊接試件進行工藝評定，最終選定的焊接工藝參數(shù)如表1所示。

表1 上框架焊接工藝參數(shù)

5 改造后結(jié)構(gòu)優(yōu)點

原結(jié)構(gòu)焊接過程不易操作，對接焊縫的根部焊不透，頂部易燒穿。改造后焊接過程相對容易操作，由于對接角度的變化解決了頂部易燒穿、根部不易焊透問題。

改造中切掉原焊縫及全部熱影響區(qū)，避免了二次焊接。焊縫由原結(jié)構(gòu)的1條焊縫分散為2條，受電弓運行過程中單條焊縫的承受載荷變小，減小了焊縫產(chǎn)生裂紋的幾率。焊完直管后進行開槽，加強筋板處考慮到了起弧與收弧點避開焊接直管2條焊縫的熱影響區(qū)，插加強筋板使上框架結(jié)構(gòu)強度增加，改造后的上框架結(jié)構(gòu)能夠適應(yīng)廣州地鐵三號線的運營條件。

6 結(jié)束語

通過工藝分析、工藝調(diào)整及現(xiàn)場環(huán)境控制等措施，完成了30余架TSG14型受電弓上框架改造工作。目前改造上框架裝車運用情況穩(wěn)定，有效解決了上框架焊縫開裂問題，保證了受電弓動態(tài)運行的穩(wěn)定性及可靠性。

[1] 王宗杰.焊接方法及設(shè)備[M].北京：機械工業(yè)出版社，2006.

[2] 陳伯蠡.焊接工程缺陷分析與對策[M].北京：機械工業(yè)出版社，1990.

[3] 張文鉞.焊接冶金學(xué)(基本原理)[M].北京：機械工業(yè)出版社，1999.□

(編輯：林素珍)

2095-5251(2016)02-0041-03

2015-10-09

齊曉明(1986-)，男，本科學(xué)歷，助理工程師，從事城軌車輛總體技術(shù)支持工作。

U264.3+4

B