钳夹车挂货钩制造工艺分析

王秀范

(齐齐哈尔轨道交通装备有限责任公司，黑龙江 齐齐哈尔 161002)*

0 引言

随着国民经济的快速发展，国家工业建设和电力建设迅速发展，铁路承担着日益增加的大型变压器、发电机、轧钢设备、锅炉、反应塔等特种长大货物的运输［1］.大型凹底车、钳夹车和落下孔车是长大特种货车的三大主要类型，其中，钳夹车是目前铁路特种货运市场的主要车型之一［2］.铁路钳夹车早在20年代初便已问世.首辆这种车于1923年由德国的M.A.N工厂制造，是为满足莱茵－韦斯特里亚发电站需要而订购的［3-4］.随着技术的进步，车辆载重也不断增加，成为最有发展前途的车种.目前使用的钳夹车最大载重量已超过800t［5］.钳夹车由2个对称的半节车构成.运输货物时，货物被悬挂在2个钳形梁之间，使货物与钳形梁成为一个整体，货物成为整个车辆的一部分.钳夹车能最有效地利用铁路限界空间，它不仅能运输有自承载能力的货物，而且通过附加的装备也可运输那些没有自承载能力的货物［6］.

图1 钳夹车与挂货钩连接示意图

采用钳夹车运输的转载工具分两类，即挂货钩和运输端盖.挂货钩是钳夹车运输600MW发电机定子时连接钳夹车与定子的关键部件，使用时四件为一组，分别与钳夹车钳形梁的四个车耳孔连接，钳夹车与挂货钩连接运用见图1.挂货钩的设计，除要保证足够路的强度、刚度外，还有保证运输中的稳定性即保持转动平衡，要绝对的安全可靠［7］.2006年我公司采用德国材质DILLIMAX690T高强度可焊结构钢制造一组挂货钩，2007～2011年经历了多次实物运用考验，达到了预计效果.

1 结构介绍

挂货钩主要由上、下基板，主立板及隔板、附件等组成的箱型结构.主立板为100 mm厚板料，挂货钩每件重量为5 373 kg，结构示意图见图2.

图2 挂货钩结构示意图

2 工艺难点分析

2.1 DILLIMAX690T高强钢焊接工艺难点分析

由于钢结构料件全部采用德国进口的DILLIMAX690T调质可焊高强钢，挂货钩组成是货物运输的关键部件，挂货钩组成的焊接质量是影响货物运输的关键环节，特别是德国DILLIMAX690T高强钢是在挂货钩制造上首次应用，而该钢种有两个特性给保证钢结构的制造质量带来非常大的难度.

第一，该钢种如经过火焰切割，当经历较高温度的热循环时会发生晶粒度、金相组织以至性能的变化，必须用冷加工的机械方法将硬化层去掉后才可进行焊接.

第二，由于该钢种加热温度不能超过560℃，否则，原始淬火和回火条件因此被改变.所以，压型零件与其它零件装配几何尺寸超差时，不能用加热的方法烤顶零件进行调修.部件焊接完成后，如变形过大，也不能用火焰矫正的方法进行矫正.

以上两点表明，钢结构组件在整个制造过程中取消了火焰切割配制和火焰矫正工序，难度极大.

2.2 确保挂货钩整体加工精度工艺难点分析

每组4个挂货钩，2个挂货钩为一端.每端两个挂货钩的耳孔φ302同轴度控制，是挂货钩加工的难点.为保证挂货钩组成加工精度，组焊后要进行整体回火消除残余应力处理，然后进行整体喷砂处理，利于二次机械加工和提高挂货钩的强度和使用寿命.

3 制造工艺

(1)工艺流程

下料、加工→组焊→热处理→抛丸→探伤检查→二次加工→交验.

(2)下料、加工

下料:德国板料下料前进行超声波探伤检查，合格后方可使用.采用数控等离子切割制造，周边预留板材硬化层加工量.校平:7～12 mm厚板料采用校平机校平，12 mm厚以上板料采用压力机校平.

机械加工:零件周边采用刨床加工，组焊后部件采用数控加工中心或落地铣镗床上加工成形(热处理后进行二次加工).

(3)组装、落成

在超平的平台上进行挂货钩组装，以平台面为基准，在下基板上划线组对主立板等件.组对前主立板孔、前顶座、钩尾止块等留加工量，组焊后进行二次加工，挂货钩组焊后，根据德国料源资料进行回火消除应力处理，然后进行喷砂处理，外露焊缝全部进行磁粉探伤检查，合格后进行整体二次机械加工，确保挂货钩组成精度要求.

(4)焊接工艺

(a)焊接材料选用

根据试验结果及焊接材料资源情况确定用德国的 ER100S－G(焊丝)、E11018－G(焊条)进行DILLIMAX690的同种材料的焊接及与Q345E低合金钢的异种材料的焊接.

(b)焊前准备要点

工件在装配前应清除焊缝处及两侧边缘20 mm范围内的铁锈，油污及有害杂质(包括预涂底漆)至露出母材金属.

焊条保温筒在盛装焊条前，要在接通电源提前加热30 min以上，以驱除筒内的潮气，焊接时焊条保温筒应始终接在电源上，以保证其保温温度的恒定.

预热及层间温度

板厚＜30 mm时焊前应对焊缝处及两侧100 mm范围内进行120～150℃预热，板厚≥30 mm时焊前应对焊缝处及两侧200 mm范围内进行150～180℃.

预热测温点距焊缝中心线50 mm，层间温度120～150℃.预热过程中，预热器喷嘴与工件之间的距离大于50 mm，为避免增加焊缝的含氢量，严禁将预热火焰直接对准焊缝.在用手持预热器进行局部预热时，须将预热范围加大，以免造成较大的局部温差.预热采用氧—乙炔焰.

(c)焊接

定位焊:板厚＜30 mm时焊前应对焊缝处及两侧100 mm范围内进行120～150℃预热，板厚≥30 mm时焊前应对焊缝处及两侧200 mm范围内进行150～180℃预热.测温点距焊缝中心线50 mm，预热温度为120～150℃，定位焊缝的长度不得小于50 mm.

钢板对接:钢板对接焊缝必须使用手工焊条电弧焊接，坡口处采用多层直通焊法，焊条不允许摆动，每层厚度不得大于3 mm，层间温度控制在120～150℃.清根时要露出焊缝金属，必须采用砂轮或旋转锉刀等机械方法清根.不允许使用碳弧气刨或氧－乙炔火焰清根.

对接焊缝要保证焊缝的两侧边缘各覆盖母材2～4 mm，焊缝加强高不大于3 mm.每道焊缝宽度应小于10 mm.对接焊缝除打底和盖面层外，允许用风铲击打焊缝，释放应力，但击打时应避免将高压风中的油和水带入焊接区.

焊接时应以短弧操作，窄焊道为宜.

焊缝不得有裂纹、夹渣、弧坑和气孔等缺陷，咬边深度不大于0.3 mm，焊接收弧时，弧坑应填满，不允许出现弧坑裂纹.

焊接方法:焊缝主要采用焊丝气体保护、焊条电弧焊的焊接方法和自动化焊接设备进行施焊，尽可能的采用自动焊接，减少热输入，保证焊接接头性能.

(d)焊后处理

对于焊接缺陷的焊补，焊补前应将缺陷处清理干净，必须采用砂轮或旋转铣刀等机械方法清理，探伤确认裂纹已消除，要求修磨与周围圆滑过渡.但无论缺陷大小，焊补的焊缝长度必须大于50 mm.

4 主要工艺参数的确定

4.1 整体回火参数

采用自动控温的天然气热处理炉.该炉炉内温度场均匀，空、燃比自动调节，可实现自动控温，控温精度可达±10℃.加热温度:600±20℃，保温时间:3～4 h，保温结束后随炉冷至300℃以下出炉空冷.

4.2 焊接规范参数

焊条电弧焊和气体保护焊丝电弧焊焊接工艺参数分别见表1和表2.

表1 焊条电弧焊焊接工艺参数

表2 气体保护焊丝电弧焊焊接工艺参数

5 重点部位的质量控制

(1)挂货钩组成加工精度质量保证措施

挂货钩组成加工精度要求非常高，A面与前顶座垂直度公差小于0.1 mm，A面与主立板孔平行度公差小于0.1 mm，并且每组挂货钩主立板孔要匹配，加工难度很大.解决措施:主立板等重要件一次加工后留量，重要部位如A面、主立板孔等组焊前后进行二次加工，见图2.为保证每端(2个)挂货钩主立板孔同轴度要求，采取每端(2个)挂货钩增加工艺联接梁，2个挂货钩联接在一起定位加工.加工后每端2个挂货钩涂打同一标记，便于装车运用.

(2)重点焊接部位质量保证措施

①挂货钩补强板(左、右)与上基板焊接:采用图3Ⅱ截面的焊缝形式.钢板边缘尖角修磨成R3 mm，焊缝及钢板表面用风动千页片砂布抛光.②挂货钩主立板与上基板焊接:采用图3Ⅲ截面的焊缝形式.钢板边缘尖角修磨成R3 mm，焊缝及钢板表面用风动千页片砂布抛光.③挂货钩主立板与上基板焊接:采用图3 C－C截面的焊缝形式.钢板边缘尖角修磨成R3 mm，焊缝及钢板表面用风动千页片砂布抛光.

图3 挂货钩(HF103-09-00-000)结构局部示图

6 结论

该产品制造前，对技术图纸等技术资料，进行了全面工艺分析，编制了完整的工艺文件，指定了合理的工艺措施.在制造过程中，重点部位的质量保证措施达到了指导生产、保证产品质量的作用，满足图纸及技术条件要求，达到了预期效果.交付用户后，经过几年的实际运用考验，取得了较好的经济效益和社会效益.

［1］孙海波，田葆栓.铁路D38型载重380t钳夹车运输的研究［J］.专业运输，2010(6):31-33.

［2］祝震，朴明伟，兆文忠.新型D35钳夹车导向方式与轮轨安全性对策［J］.大连交通大学学报，2008(10):7-11.

［3］田葆栓.铁德国铁路钳夹车技术特性［J］.国外铁道车辆，1999(5):7-11.

［4］VON HARALD WALDEEK，ALFONS VIELHABER.Tragschnabelwagen furden Transport schwerer und gro volumiger Lasten［J］.ZEV+DET Glas.Ann，1990(11/12):144.

［5］中国机械工程焊接学会.焊接手册［M］.北京:机械工业出版社，2007.

［6］田葆栓，王克会.铁路特种货车的需求与发展［J］.中国铁路，2003(7):28-30.

［7］赵承寿.铁路钳夹式货车运输方式的研究［J］.铁道车辆，1995(33):19-24.