宋佳曈，何 巖，張林儒，冀建華

（1.長春軌道客車股份有限公司，吉林長春130062；2.長春中車軌道車輛有限公司，吉林長春130000；3.西安向陽航天材料股份有限公司，陜西西安710065）

0 前言

轉(zhuǎn)向架是城鐵車的重要部件之一，具有支撐車體、引導(dǎo)車輛沿軌道運(yùn)行，承受并傳遞車體至輪對(duì)、輪軌至車體間的各種載荷及作用力的作用[1]。構(gòu)架是轉(zhuǎn)向架的關(guān)鍵部件，轉(zhuǎn)向架構(gòu)架為鋼制焊接結(jié)構(gòu)。在城鐵車運(yùn)行過程中，側(cè)梁與橫梁之間的連接焊縫承載了較大應(yīng)力，是構(gòu)架結(jié)構(gòu)中最為關(guān)鍵的焊縫[2]。本研究的橫側(cè)梁接口形式為橫梁插入箱型側(cè)梁的上下蓋板之間形成的T型接頭，如圖1所示。城鐵車橫側(cè)梁接口處的焊角大小為s19z10環(huán)焊縫，橫側(cè)梁接口處焊縫填充量較大，若完全采用MAG手工焊接，焊接效率極低，操作者工作強(qiáng)度較大；若該焊縫完全采用MAG自動(dòng)化焊接，雖然生產(chǎn)效率有所提高，但由于橫梁與側(cè)梁組對(duì)精度不高，導(dǎo)致該處焊縫組對(duì)間隙不均勻，每個(gè)構(gòu)架的焊縫均存在差異，而機(jī)械手的程序又較為固定，所以機(jī)械手焊接時(shí)打底層焊縫容易出現(xiàn)未熔合等焊接缺陷，蓋面層焊縫易出現(xiàn)填充量不均勻現(xiàn)象，使得該處焊縫打磨量大、返修率高，嚴(yán)重影響焊縫質(zhì)量。本研究通過分析橫側(cè)梁接口處焊縫的特點(diǎn)，提出了MAG手工焊接與MAG自動(dòng)化焊接相結(jié)合的方式，通過工藝評(píng)定選擇合適的焊接參數(shù)，驗(yàn)證了該工藝的可行性[3]。

圖1 城鐵車構(gòu)架橫側(cè)梁連接形式Fig.1 Connection form ofsubway frame’s cross beam and side beam

1 試驗(yàn)材料及方法

1.1 試驗(yàn)材料

橫梁管的材料為S355J2H+N無縫鋼管。側(cè)梁立板的材質(zhì)為S355J2（H）熱軋鋼板，是國內(nèi)生產(chǎn)的改良耐候結(jié)構(gòu)鋼?；瘜W(xué)成分如表1所示。

表1 S355J2H+N/S355J2（H）化學(xué)成分 %Table 1 Chemical composition of S355J2H+N/S355J2（H）

1.2 試驗(yàn)方法

依據(jù)ISO 15613標(biāo)準(zhǔn)程序[4]進(jìn)行焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)。打底層采用MAG手工焊接，可根據(jù)組對(duì)間隙進(jìn)行焊接參數(shù)（如焊接速度和擺動(dòng)寬度）的調(diào)整；填充層采用MAG自動(dòng)化焊接，以提高生產(chǎn)效率；蓋面層采用MAG手工焊接，根據(jù)坡口寬度采用多道焊。對(duì)焊接試件焊接完成后進(jìn)行去應(yīng)力退火處理、無損檢測、金相檢驗(yàn)和硬度檢驗(yàn)。

1.2.1 制備焊接試件及試件焊接

選用ER80S-G焊絲，直徑φ1.2 mm，焊接保護(hù)氣體為 φ（Ar）82%+φ（CO2）18%。接頭形式如圖2所示，焊接參數(shù)如表2所示。

1.2.2 去應(yīng)力退火

焊后進(jìn)行去應(yīng)力退火，升溫加熱到550±15℃，恒溫2～3 h，然后將試件從550℃冷卻至300℃，隨爐冷卻，當(dāng)隨爐工件溫度低于300℃后進(jìn)行空冷。

圖2 焊接接頭形式及焊接順序Fig.2 Form and sequence of welded joints

表2 焊接工藝參數(shù)Table 2 Welding process parameters

2 試驗(yàn)結(jié)果和分析

2.1 試驗(yàn)結(jié)果

對(duì)去應(yīng)力退火后的試件進(jìn)行低倍金相檢驗(yàn)（見圖3）和硬度檢驗(yàn)（見圖4）[5]。金相檢驗(yàn)結(jié)果滿足標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)的技術(shù)要求。硬度檢驗(yàn)結(jié)果如表3所示，熱影響區(qū)硬度略有升高，母材、熱影響區(qū)和焊縫處的硬度檢驗(yàn)結(jié)果滿足標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)的技術(shù)要求。

圖3 焊接接頭低倍金相Fig.3 Low magnification metallography of welded joint

2.2 MAG手工+MAG自動(dòng)化組合焊接的優(yōu)點(diǎn)

MAG手工+MAG自動(dòng)化組合焊接工藝可以減少焊縫的返修率和打磨量，提高焊縫質(zhì)量，并提高焊接效率。針對(duì)不同的焊接方式，以一條焊縫為例對(duì)比橫側(cè)梁接口環(huán)焊縫s19z10的焊接效率，如表4所示。由表4可知，采用MAG手工+MAG自動(dòng)化組合焊接工藝與完全使用MAG手工焊接相比節(jié)省時(shí)間約58.3%，與完全使用MAG自動(dòng)化焊接相比節(jié)省時(shí)間約67.7%，有效地提高了轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的生產(chǎn)效率。

圖4 硬度檢測示意Fig.4 Hardness test diagram

3 結(jié)論

（1）采用MAG手工+MAG自動(dòng)化組合焊接工藝能夠有效提高橫側(cè)梁接口環(huán)焊縫的焊接效率，與完全使用MAG手工焊接相比節(jié)省時(shí)間約58.3%，與完全使用MAG自動(dòng)化焊接相比節(jié)省時(shí)間約67.7%，減少了該處焊縫的返修率和打磨量，在保證焊縫質(zhì)量的前提下提高了轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的生產(chǎn)效率。

（2）根據(jù)工藝評(píng)定的結(jié)果確定了合理的工藝參數(shù)，MAG手工+MAG自動(dòng)化組合焊接工藝目前已經(jīng)應(yīng)用于多個(gè)國內(nèi)外城鐵車項(xiàng)目。

表3 硬度檢測結(jié)果（HV10）Table 3 Hardness test results（HV10）

表4 使用不同焊接方式焊接橫側(cè)梁接口環(huán)焊縫s19z10的效率對(duì)比Table 4 Efficiency comparison of circle welds between cross beam and side beam with different welding methods