陳 敏,付 兵
(長(zhǎng)江車輛有限公司,湖北 武漢 430212)
轉(zhuǎn)K6型轉(zhuǎn)向架關(guān)鍵技術(shù)在于側(cè)架彈性下交叉支撐裝置,采用側(cè)架彈性下交叉支撐裝置,可以提高轉(zhuǎn)向架的抗菱剛度,從而提高轉(zhuǎn)向架的蛇行失穩(wěn)臨界速度,提高火車直線運(yùn)行的穩(wěn)定性。同時(shí),交叉支撐裝置可以有效保持轉(zhuǎn)向架的正位狀態(tài),從而減小車輛在直線和曲線運(yùn)行時(shí)輪對(duì)與鋼軌的沖角,改善轉(zhuǎn)向架的曲線通過(guò)性能,顯著減小輪軌磨耗[1]。
傳統(tǒng)三大件的兩側(cè)架之間僅通過(guò)搖枕、彈簧、斜楔連接,抵抗菱形變形的能力有限。轉(zhuǎn)K6轉(zhuǎn)向架的兩側(cè)架之間不但通過(guò)搖枕、彈簧、斜楔連接,而且增加了新的連接方式——交叉桿。轉(zhuǎn)向架抗菱剛度顯著增大。根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果,交叉支撐轉(zhuǎn)向架的空、重車抗菱剛度比原三大件式轉(zhuǎn)向架提高3倍~6倍。
支撐座組成檢修在南車下發(fā)的《產(chǎn)品質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)》中屬于F-A類,即高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。支撐座組成檢修過(guò)程中,常見(jiàn)缺陷類型有保持環(huán)與支撐座焊縫裂紋、支撐座與側(cè)架焊縫裂紋以及咬邊、未熔合、未焊透。本文就這些缺陷進(jìn)行了分析和解決[2]。
表1 保持環(huán)、支撐座與側(cè)架鋼材的化學(xué)成分
如表1中所示,保持環(huán)的材質(zhì)為Q345A,其化學(xué)成分見(jiàn)表1。根據(jù)碳當(dāng)量的計(jì)算,其碳當(dāng)量為0.36%~0.49%,屬于有淬硬性傾向的鋼,在焊接冷卻過(guò)程中,熱影響區(qū)容易形成淬硬組織——馬氏體,使近焊縫區(qū)的硬度提高,塑性下降,結(jié)果導(dǎo)致焊后產(chǎn)生裂紋。支撐座材質(zhì)為Q235,化學(xué)成份見(jiàn)表1,碳當(dāng)量為0.19%~0.328%,焊接性能良好。側(cè)架材質(zhì)為ZG230-450,化學(xué)成份見(jiàn)表1,碳當(dāng)量為0.44%,有明顯的淬硬性傾向,當(dāng)側(cè)架與支撐座進(jìn)行焊接時(shí),側(cè)架的焊接性能較差,焊前需進(jìn)行預(yù)熱[3]。
1.2.1 焊接裂紋
根據(jù)材料分析可以看出保持環(huán)的材質(zhì)屬于有淬硬性傾向的鋼,在焊接冷卻過(guò)程中,熱影響區(qū)容易形成淬硬組織——馬氏體,使近焊縫區(qū)的硬度提高,塑性下降,結(jié)果導(dǎo)致焊后產(chǎn)生裂紋。保持環(huán)與支撐座焊接時(shí),當(dāng)環(huán)境溫度較低、焊接熱輸入較小時(shí),會(huì)使焊縫金屬中的氫無(wú)法有效逸出,易產(chǎn)生冷裂紋[4]。
1.2.2 未熔合
未熔合是一種嚴(yán)重的焊接缺陷,它使焊縫的強(qiáng)度降低,引起應(yīng)力集中,促使焊接接頭裂紋的產(chǎn)生。保持環(huán)與支撐座焊縫在焊接時(shí)因?yàn)楹笜尳嵌群瓦\(yùn)條方法不正確容易產(chǎn)生未熔合。相對(duì)于焊縫1、2而言,焊縫3未熔合發(fā)生裂紋的幾率較高。(如圖1)。
圖1 保持環(huán)未熔合焊縫圖
1.2.3 疲勞裂紋
由于軸向橡膠墊鋼套外徑為63mm,保持環(huán)內(nèi)孔直徑為64.3,鋼套與保持環(huán)內(nèi)孔的最大間隙僅有1.3mm,當(dāng)車輛運(yùn)行特別是通過(guò)曲線時(shí),交叉桿軸向橡膠墊受到擠壓,鋼套側(cè)壁與保持環(huán)內(nèi)孔側(cè)壁接觸處產(chǎn)生一定的摩擦力,保持環(huán)內(nèi)孔側(cè)壁左右分別反復(fù)受到橡膠墊鋼套的摩擦力作用,容易造成保持環(huán)焊縫開(kāi)裂或中部發(fā)生斷裂。
1.3.1 焊接裂紋
由于支撐座材質(zhì)為Q235,化學(xué)成份見(jiàn)表1,碳當(dāng)量為0.19%~0.328%,焊接性能良好。側(cè)架鑄造材料為ZG230-450其化學(xué)成分見(jiàn)表1,碳當(dāng)量為0.44%,側(cè)架的焊接性能較差,當(dāng)環(huán)境溫度較低,熱輸入較小時(shí),產(chǎn)生冷裂紋的傾向較明顯。
1.3.2 咬邊、未熔合或未焊透
側(cè)架安裝面存在較厚的氧化層,而且處于分型面上,如果焊接面清理不干凈,油污清除不徹底,會(huì)造成焊接后的熔接不良,產(chǎn)生大量飛濺并影響焊縫質(zhì)量。如圖2所示。
圖2 支撐座未熔合焊縫
1.3.3 組裝尺寸偏差對(duì)焊縫的影響
打磨不平坦會(huì)影響組對(duì)時(shí)側(cè)架與支撐座間的間隙,造成定位不良。因?yàn)闄C(jī)械手焊接是沿著程序設(shè)定軌跡運(yùn)行的,如圖3中a、b兩幅圖紅圈部位對(duì)比。雖然定位尺寸正負(fù)2mm都符合尺寸要求,但即使1mm也足以使焊槍角度發(fā)生偏差,從而產(chǎn)生咬邊或未熔合、未焊透現(xiàn)象。
圖3 組裝間隙
1.3.4 程序參數(shù)的編輯對(duì)焊縫的影響
側(cè)架與支撐座的焊接是經(jīng)過(guò)半自動(dòng)組對(duì)定位后用六軸機(jī)械手進(jìn)行自動(dòng)焊接,采用兩層兩道焊縫,蓋面焊時(shí)上下擺動(dòng),振幅為8mm,最終形成焊角為8mm角焊縫,采用對(duì)稱焊法如圖4。由于是自動(dòng)化焊接,如果焊道2與焊道3之間設(shè)定的過(guò)渡時(shí)間過(guò)短,使操作人員沒(méi)有充足的時(shí)間發(fā)現(xiàn)焊道2中產(chǎn)生的氣孔及未熔合等缺陷并做出處理,會(huì)影響到焊道3的焊接,影響到整個(gè)焊縫的質(zhì)量。
圖4 焊接順序
(1)保持環(huán)腐蝕、磨耗深度大于2mm或裂紋時(shí)更換新品。
(2)焊縫開(kāi)裂時(shí)先消除裂紋再進(jìn)行焊修,焊修再次開(kāi)裂時(shí)更換新品。
(1)支撐座裂紋及支撐座、側(cè)架件焊縫開(kāi)裂時(shí)須鏟除裂紋后焊修。
(2)支撐座腐蝕深度大于3mm、貫通裂紋、經(jīng)過(guò)焊修再次裂紋時(shí)或原焊修焊縫開(kāi)裂時(shí)更換。
(3)支撐座與側(cè)架定位尺寸為480mm±1mm、51mm±2mm、387mm±2mm,超過(guò)時(shí)更換支撐座。內(nèi)外保持環(huán)與導(dǎo)框頂面垂直度為1mm,保持環(huán)與支撐座之間局部間隙不大于0.5mm,內(nèi)保持環(huán)與中心線夾角25°±1°,超過(guò)時(shí)更換支撐座。
使用加熱炬對(duì)需要進(jìn)行消除應(yīng)力的部位進(jìn)行加熱,待消除應(yīng)力的面積為焊縫周圍從焊縫中心到最大外邊緣距離的1.5倍或補(bǔ)焊區(qū)周圍至少100mm的區(qū)域均勻一致加熱到500℃~650℃。加熱后使用石棉被覆蓋保溫緩冷,時(shí)間要求為:每6mm焊縫深度15min,小于6mm的焊縫,時(shí)間不小于15min。
3.1.1 焊接設(shè)備
采用YD-500KR2HGE型晶閘管控制CO2/MAG氣保焊機(jī)。
3.1.2 焊接材料
(1)ER50-6焊絲直徑為1.2mm實(shí)心焊絲。
表2 ER50-6焊絲化學(xué)成份
表3 ER50-6焊絲力學(xué)性能
(2)保護(hù)氣體。采用保護(hù)氣體為80%Ar+20%CO2的混合氣體,氣體流量為15L/min~20L/min,當(dāng)壓力低于0.98MPa時(shí),應(yīng)更換。
3.1.3 焊前準(zhǔn)備
可采用鏟、鉆、打磨、火焰切割及電弧氣刨等方式進(jìn)行,缺陷及裂紋必須徹底清除干凈,并采用探傷方式確認(rèn)。嚴(yán)禁采用電弧融化方式去除。
3.1.4 保持環(huán)與支撐座的組裝
按照檢修要求,必要時(shí)須更換保持環(huán)。組裝時(shí)保持環(huán)與支撐座的接觸間隙不大于0.5mm,用塞尺檢查合格后緊固定位方可施焊。
3.1.5 保持環(huán)與支撐座的焊接
焊接位置為平角焊,焊縫分為三條,焊角為4mm,焊縫長(zhǎng)度為51mm~64mm。焊接采用左焊法,焊槍與支撐座的夾角為45°±5°,焊槍傾角應(yīng)成75°~85°焊槍焊絲對(duì)準(zhǔn)焊縫,保證焊縫充分熔合。焊接規(guī)范如表4。
表4 焊接規(guī)范
如果使用的焊槍型號(hào)為500A,其槍嘴直徑為24.5mm,焊接時(shí)由于保持環(huán)與支撐座焊縫夾角較小容易焊偏,如果改用型號(hào)為350A焊槍,槍嘴直徑為20mm,可以增加焊槍與支撐座夾角的空間,有利于提高焊接的融合性,尤其是對(duì)焊縫3的焊接。如圖4。
圖5 500A焊槍與350A焊槍對(duì)比
為了減少保持環(huán)與支撐座這兩類鋼焊接接頭熱影響區(qū)的淬硬傾向和消除冷裂紋,使氫能從焊縫金屬中逸出,可以采用較大的熱輸入,如使用較慢的焊接速度。
焊后對(duì)保持環(huán)進(jìn)行保溫緩冷,可將石棉被縫制成帽型,對(duì)支撐座進(jìn)行較全方位的覆蓋。
支撐座與側(cè)架組對(duì)定位時(shí)盡量由同一操作人員用相同的操作手法進(jìn)行組裝,保持支撐座定位的一致性。
3.2.1 焊前準(zhǔn)備
側(cè)架為鑄造材料,鑄造件表面存在較厚的氧化皮和預(yù)涂底漆,在支撐座組對(duì)前對(duì)焊縫區(qū)30mm范圍內(nèi)用風(fēng)砂輪打磨去除預(yù)涂底漆和氧化皮,直至見(jiàn)金屬光澤。
3.2.2 裝配要求
采用ZDJJ-QC-02組對(duì)夾具將支撐座定位在側(cè)架上,支撐座與側(cè)架定位尺寸為480mm±1mm、51mm±2mm、387mm±2mm,內(nèi)外保持環(huán)與導(dǎo)框頂面垂直度為1mm,保持環(huán)與支撐座之間局部間隙不大于0.5mm,內(nèi)保持環(huán)與中心線夾角25±1°側(cè)架與支撐座之間的間隙不得大于2mm。
3.2.3 焊接過(guò)程
當(dāng)環(huán)境溫度高于5℃時(shí)需對(duì)焊接部位預(yù)熱到50℃~250℃,預(yù)熱后方可啟動(dòng)焊機(jī)進(jìn)行焊接。環(huán)境溫度低于5℃時(shí)不能進(jìn)行支撐座的焊接。檢查確認(rèn)上工序無(wú)誤后進(jìn)行定位焊,定位焊無(wú)裂紋后方可焊接。將側(cè)架吊入自動(dòng)焊裝置,調(diào)整好支撐座焊接位置,編輯機(jī)械手自動(dòng)焊的焊接程序。
(1)機(jī)械手姿態(tài)控制,為避免機(jī)械手在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中發(fā)生限位,在編程過(guò)程時(shí)要注意軸參數(shù)的變化,保證手臂姿態(tài)舒展。
(2)機(jī)械手編程時(shí)速度的控制。機(jī)械手在編程過(guò)程中要將運(yùn)動(dòng)速度轉(zhuǎn)為慢速,示教編程時(shí)機(jī)械手的空間位置,焊槍的角度要不斷調(diào)整,按工藝要求設(shè)置焊接參數(shù)。
(3)在編程時(shí),適當(dāng)降低每道焊縫間空走點(diǎn)的速度【既延長(zhǎng)前文中焊道2(打底焊)到焊道3(蓋面焊)的過(guò)渡時(shí)間】,原空走點(diǎn)速度的默認(rèn)值為20m/min,可修改為10m/min。方便操作人員對(duì)每道焊縫的觀察及做出必要反應(yīng)的時(shí)間。
程序編輯完成后再將焊槍沿軌跡空走一遍,確認(rèn)運(yùn)行軌跡無(wú)誤,方可開(kāi)始焊接。焊接規(guī)范見(jiàn)表4。
3.2.4 焊接后檢查
側(cè)架、支撐座焊接后24h,對(duì)側(cè)架支撐座焊縫進(jìn)行磁粉探傷檢查。
轉(zhuǎn)K6型轉(zhuǎn)向架支撐座組成缺陷的檢修不僅僅是關(guān)乎產(chǎn)品質(zhì)量,更關(guān)系到車輛運(yùn)行的安全性。本論文講述了我在實(shí)際工作中采用合理的焊接規(guī)范及操作技能,有效的防止支撐座組成焊接缺陷的產(chǎn)生,提高了支撐座組成的檢修合格率,降低了修車成本,并在實(shí)際生產(chǎn)中普遍運(yùn)用。確保轉(zhuǎn)K6型轉(zhuǎn)向架到下一檢修期間的運(yùn)行安全。