和谐HXD3D机车底架组对焊接工艺

[摘 要]现代轨道交通业中，铁路高速重载已经是今后发展的必然趋势。电力机车相对内燃机车有功率大、性能好等优点，已经在我国铁路装备市场发辉了不可取代的作用。所以发展大功率电力机车已成为铁路机车重要的发展方向之一。

中图分类号：TM121.1.3 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2016）01-0023-02

在HXD3C及HXD3B机车生产研发的基础上，综合两种车型的优点，公司新开发设计的HXD3D机车，主要应用在铁路客运中，为国内功率最大，技术、性能最先进的电力机车。HXD3D机车车体底架钢结构结构与其它种类机车相比，板厚较薄、强度要求高，焊接难度加大。而恰当的焊接工艺和合适的焊接规范有助于保证焊接质量，解决了大量的返修工作，从而节省了大量的人力、物力、财力。通过对100台HXD3D电力机车的底架组对焊接，总结了一些经验，可以很好的保证底架五大部对接焊缝的质量，保证机车的整体性能和行车安全。

1.前言

目前国内各大铁路机车公司正在大力推进大功率电力机车的制造，由于大功率电力机车的使用性能优越，为了满足客运需要，我公司将HXD3C机车顺利改造成客运的HXD3D电力机车，时速从120KM/H提高到160KM/H，由于HXD3D电力机车普遍应用于国家铁路客运上，因此对其焊接结构承受动载能力的要求越来越高，而对应的焊接结构疲劳强度方面的科研水平却相对滞后。HXD3D电力机车的生产过程中，由于板厚较薄，焊接难度很大、焊接成型质量差、焊后易变型。

2 HXD3D电力机车底架组对

由于HXD3D电力机车底架五大部组对处的端部与盆型梁及边梁、盆型梁与变压器梁、盆型梁与旁承梁的对接焊缝都是关键焊缝，既是要求探伤的焊缝，又与以往的普通机车底架组对的结构大有不同，HXD3D电力机车底架各粱所应用的板材也比以往机车的板材单薄，为了保证底架的整体强度，结合处的焊缝质量就尤为关键。

2.1 底架各梁的材质-Q345E，以及焊接填充材料确定

Q345E的综合力学性能良好，低温性能也优于普通碳钢。具有良好的塑性和焊接性能。用于机车车辆、起重机、桥梁等承受动力载荷的结构。Q345E的化学成分和力学性能见表2-1 ，2-2.

2.2 确定焊接填充材料

底架各梁材质为Q345E。根据Q345E钢焊接的强度原则兼顾母材的抗拉强度性能以及使用条件选用刚性较好的ER50-6焊丝见表2-3

2.3 焊接前准备工作

1.确定安装设备及工具状态良好。

2.检查来件形状尺寸，合格后方可施焊。

3.焊道周围30mm范围内要打磨出金属光泽，焊道表面无油污等，并不准在焊道上喷除痘剂。

4.施焊场地不允许有对流风，以免产生焊接缺陷。

5.现场温度不能低于5℃。

2.4 工艺措施；

为了获得优质焊接接头，应采取一些工艺措施。

1.焊接时要加强被焊接材料的保护，防止或减少周围空气的入侵。

2.尽量缩短被焊接材料在液态下停留的时间，以防止或减少生成金属间化合物。

3.焊接中加入与母材成分相近的E50-6焊丝，以防止金属间化合物的产生和增长。

2.5 HXD3D电力机车的底架五大部组对焊接

2.5.1底架焊接组对

1.使底架五大部平铺在工装胎具上、正面朝上，带各部件经测量组对尺寸合适后夹紧，将端部与盆型梁及边梁、盆型梁与变压器梁、盆型梁与旁承梁连接处焊缝，以及边梁与其他各梁之间的焊缝，用电焊点焊固定。

2.用测量仪器测量各关键尺寸确定无误后按顺序底架焊接五大部。

3.焊后经数小时，在焊缝连接处做超声波探伤检查，即上一工序中焊接的焊缝处如焊缝内部存在缺陷需使用碳弧气爆刨开坡口，打磨坡口，重新焊接直至符合标准。

4.焊接底架上平面的盖板。

5.焊后做探伤，合格后完成底架五大部分的组焊。

2.5.2焊接接头结构形式及组对焊接工艺

1.检查旁承梁、变压器梁来件的平面度、对角线尺寸以及各项重要装配尺寸，组对边梁与变压器梁、旁承梁使错边量小于2mm。底架边梁与变压器梁、旁承梁的焊缝为6-7mm之间，为一侧圆弧另一侧开破口的平面V型焊缝、与立焊焊缝、以及仰面焊缝。如果间隙值过小应该采用气割研配坡口，研配后需要用角磨把焊缝打磨光滑。坡口直线度偏差小于2mm。如图1

2.变压器梁、旁承梁应与边梁紧密贴合。再点焊固定，对于结构中的长焊缝，如果采用连续的直通焊，将会造成较大的变形。如将连续焊改为分段焊，并适当改变焊接方向，使局部焊缝造成的变形适当减少或互相抵消，以达到减少总体变形的目的。以达到良好的单面焊接双面成型的效果。

3.检查端部来件的平面度、对角线尺寸以及各项重要装配尺寸，组对边梁与端部使错边量小于2mm。底架边梁与端部的焊缝为7mm，为平面V型焊缝、与立焊焊缝、以及仰面焊缝。如果间隙值过小应该采用气割研配坡口，研配后需要用角磨把焊缝打磨光滑。坡口直线度偏差小于2mm。如图2

4.端部应与边梁紧密贴合。再点焊固定，并采用立焊焊接端部与边梁的立焊缝，以达到良好的单面焊接双面成型的效果。

立焊焊接时的经验总结

1）.采用直径较小的焊条并以小电流施焊。

2）.焊条与焊件表面成60―80°倾角。

3）.尽可能采用短弧，防止熔化金属流淌。

4）.观察熔池的温度和形状大小，及时调整焊接电流和操作法。

5）.根据焊缝间隙大小，使焊缝根部焊透，又不在背面产生焊瘤。

5.组焊各盆型梁与各梁之间的焊缝、各纵梁、横梁之间的焊缝，以及加强角处的焊缝。

6.焊完后在端部上平面安装盖板8个，点焊固定，施封闭焊。

7.焊后对所有需要探伤的焊缝探伤，合格后方可进行下道工序。

2.6焊接残余应力产生的原因及处理

2.6.1焊接残余应力产生的原因

焊接时在焊件上产生局部高温，产生不均匀温度场，焊接熔池中心处可达1500℃以上，高温部分母材要求向外膨胀伸长但受到邻近母材的约束，从而在焊件内引起较高的温度应力，并在焊接过程中随时间和温度而不断变化，称为焊接应力。焊接应力较高的部位将达到钢材屈服强度时会发生塑性变形。

2.6.2调节焊接应力

在施焊工艺上可采取下列措施调节焊接应力：

1）、采用合理的焊接顺序和方法

I先焊接错开的短焊缝，后焊接直通的长焊缝。

II先焊接受力较大的焊缝，使内应力合力分布。

III先焊接收缩量大的焊缝，使焊缝能自由收缩。

2）降低接头刚度

3）局部加热造成反变形

4）锤击焊缝

2.7 焊接变形的原因及对产品影响

焊接变形的原因是焊接应力

焊接应力使产品的强度降低、冲击韧性降低、容易导致焊接裂纹的产生，造成焊接件形状、尺寸的不稳定。

2.8 焊接应力的产生

焊接应力是在施焊过程中，由于焊接热循环的特点，焊接件经受一场不均匀的加热和冷却而产生的内应力。按应力的性质又分为热应力和组织应力。热应力是热胀冷缩引起的，组织应力又叫相变应力，是由焊缝金属组织内部发生变化引起的。这样，在焊件内部就产生了应力，引起焊件变形。

2.9 焊接结构的疲劳

由于焊接接头焊趾处的焊接缺陷、应力集中和残余拉伸应力的作用，其疲劳强度大幅度地低于基本金属的疲劳强度。所以焊接结构的疲劳强度取决于接头的疲劳性能，即焊接接头的抗疲劳性能，关系着焊接结构能否安全使用。

2.10 关于焊接顺序的影响。

焊接顺序会对焊后应力分布产生很大影响， 焊接顺序不合理会加大焊后应力， 造成原本较小的焊缝缺陷在大的应力下进一步扩展的现象。选择合理的焊接顺序是减少变形的一种重要方法。

3.经验总结

经多次实践总结，关于底架边梁与端部接头的立焊缝焊接时应该严格按工艺要求操作并采用恰当的焊接规范、焊接电压应为18V左右、焊接电流为160A左右，气体流量为15-18L/MIN。

鉴于探伤焊缝的高质量要求和HXD3D电力机车的特殊底架安装方式，在现场工作中出现的各种问题应该注意：

1.焊缝周围30mm范围内必须打磨，焊道表面无油污，不准在焊道处喷除豆剂。

2.每焊完一道焊缝必须把焊道内及周围焊豆、焊渣清理干净，然后再焊下一道焊缝。

3.必须严格按照工艺要求作业，保证焊接规范按标准执行，焊完后要彻底将焊道及周围清理干净。

四、结论

1、在焊接结构制造过程中、完成后以及使用过程中采取有效的工艺措施，提高接头的疲劳强度，增加其承受动载的能力、延长其使用寿命。

2、选择合理的装配焊接顺序，使焊缝具有更高的抗疲劳强度；同时可以提高和严格控制焊接质量，有效地防止和减少焊接缺陷的产生，减少焊接变形。

3、严格按照HXD3D电力机车焊接工艺标准施焊能有效完成焊缝成型及焊接质量。

参考文献

1.纪明刚编写《机械设计》北京高等教育出版社，1996年出版

2.中国北车集团编写的《机车车辆铆工》中国铁道出版社

胡文彦，女，助理工程师，从事焊接技术服务 .