机车牵引杆焊接工艺研究

机车牵引杆焊接工艺研究

赵红艳、董自强

中车戚墅堰机车有限公司 常州 江苏 213011

摘要 针对牵引杆杆头、叉头与杆体的焊接，通过选择合适的坡口角度和合理间隙的焊接工艺路线，经检验达到设计要求，焊接工艺评定合格。

关键词：牵引杆；插入式；焊接性；评定

一   一、前言

牵引杆是机车转向架产品上的一个部件，由杆头、杆体、叉头组焊而成。一台机车共有4根牵引杆，分装在构架两侧，与车体架连接。牵引杆一端连接在转向架拐臂上，另一端连接在车体架上。牵引杆传递转向架和车体架之间的牵引力和制动力，在工作中与拐臂装置、连接杆等连动，因而牵引杆承受的力也将越来越大，对其质量要求也达到新的高度。牵引杆中的杆头、叉头与杆体采用插入式定位方式。根据不同的车型，其长度、结构稍有差别，杆体外径分为φ83×16，φ76×18两种规格，材质为30#钢或10#，本文是以杆身φ83×16，材质30#为例。根据欧洲标准，在产品正式施焊前，必须制作工作试件，以检验焊接工艺、结构、质量以及焊工技能。牵引杆实物如下图所示。

图1.牵引杆成品图

一二、产品的焊接性分析

牵引杆杆头、叉头和杆体的材质均为30#钢，为优质碳素结构钢。在焊接之前，首先对30号钢的焊接性进行分析。生产中，为了避免裂纹的产生，在产品组装后，先对部件进行预热，以降低冷却速度。当含碳量大于0.24%时，就要进行预热，

一般选用碳当量法从理论上计算。需要注意的是用碳当量法计算预热温度，需要选用化学成分的上限。

碳当量计算公式   CEV=C+Mn/6+（Cu+Ni）/15+（Cr+Mo+V）/5  （%）。

根据30#钢的化学成分计算，CEV=0.56%，预热温度在150℃~250℃之间，取150℃（20℃，0）。

一三、焊接工艺设计

产品设计初期，设计的坡口为45°（5°，0），根部间隙为0，实际操作中发现：因杆件厚度大，焊接可达性差，局部出现未焊透情况。

为保证焊接的可达性，保证焊缝根部熔合良好，对未焊透的原因进行全面的分析如下： 从杆头、杆体、叉头的机加工开始跟踪调查发现如下几个因素影响焊接的整体质量：

（一）影响因素

1.杆体钝边

在加工杆体坡口过程中，由于存在飞边，机床工按惯例将坡口边缘锐棱倒钝，其尺寸为1.5~2.5mm，该钝边过大，焊接时无法熔透，导致根部焊不透。

2.装配间隙

在实际装配过程中，采用内定位的方式，间隙为零，焊接时电弧为脉冲电弧，电弧还没有接触到根部电弧就引燃，这样导致焊缝根部有空腔。

3.焊接时间

实际焊接时，由于生产节点紧，焊工为了尽快完成生产任务，对定位焊的打磨不到位，就实施焊接，导致焊接质量不高。

4.焊接装备

实际焊接时，牵引杆无专门的焊接变位装置，牵引杆装好后放在两个滚轮架之间。焊工嘴里叼着面罩，右手拿焊枪，左手推动杆体转动，保持牵引杆处于平焊位置施焊。产生了以下几个问题：

（1）呼吸不畅

实际焊接时，焊工用嘴叼着面罩，呼吸不畅，导致焊工体力消耗大，实际施焊时间短，焊接接头多，容易产生接头成型不良。

（2）转速不一致

人工推动牵引杆转动，转速不均匀，导致部分焊缝与母材熔合性差，还会造成焊缝厚度不一致。

（3）运条不一致

实际施焊中，第一层直线焊接，第二层到第四层摆动。第一层不摆动局部坡口侧面有未熔合的现象。

（二）优化工艺方案

1.坡口钝边

杆体在进行坡口加工时，不留钝边，机加工产生的飞边毛刺手工用锉刀去除，或用风磨轮去除。

2.根部间隙

将根部间隙改为3~5mm，同时将坡口角度改为60°，实际焊接时焊丝能够伸到底部，保证了焊接的可达性。

3.焊接变位装置

对牵引杆的转动装备进行升级改造，取消人工转动的模式，改为脚踏带动方式，使焊工的精力放在焊接上，以提高焊接质量。

一四、 焊接工艺的制定

综合焊接工艺优化方案，考虑到焊接可达性、定位焊、坡口飞边倒钝、转速不均匀等方面的影响。认为，必须采取严格的焊接工艺措施才能获得满意的焊接接头。

焊接工艺如下：MAG焊，保护气体为82%Ar+18%CO2，焊丝为ER50-6，直径Φ1.2，预热温度T0=150°C，U=24±1（V），A=230±10（A），V=180mm/min，焊后缓冷。

工艺过程：如图2所示，焊接顺序为1→2→3→4

图2 焊接顺序示意图

采用多层多道焊，焊缝层数4~5层，从第1层开始，微微摆动，在坡口边缘处稍微停顿一下，以保证侧面能够熔合良好。

一五、 焊缝检验

为验证这次工艺优化后的可靠性。按图纸、标准、工艺三方的要求，对焊缝进行充分的样本检测。

焊缝进行外观（VT）、磁粉（MT）检查、射线（RT）探伤，经过检查，均未发现异常缺陷。

六、 结束语

通过选择合理的焊接结构，加工方法以及定位装置，使得牵引杆的焊接质量得到了提升，从而获得满意的产品工艺结果。

参考文献：

[1] 中国机械工程学会焊接学会编，焊接手册.第2卷，《材料的焊接》，北京，机械工业出版社，2001.8

作者简介：

赵红艳：女，1976.12出生、汉族、籍贯江苏灌云、高工;