马来西亚动车下盖板组成焊接工艺分析

余永权 赖鸥

摘 要：文章介绍了下盖板组成的结构特点和焊接难点，分析其焊接工艺难点，着重阐述了工艺放量、焊接参数、工装定位、坡口形式等对焊接质量的影响，并通过试验进行了验证。通过文章的分析，希望对相关工作提供借鉴。

关键词：下盖板组成；焊接；工艺；工装

前言

随着社会的高速发展，人们对交通工具的需求越来越大，需求的质量也越来越高，城轨作为一大快捷的交通工具，也必将越来越普及。作为中国电力机车的主要研制生产基地、国家城轨车辆国产化定点制造企业，我公司与马来西亚政府进行了马来西亚城际动车组项目的合作生产。马来西亚动车以上海11号线地铁作为参考模版，根据马来西亚吉隆坡南北城际运营线实际轨道情况独力进行研发和设计，结构复杂，特别是作为走行部分的转向架，质量要求更高。作为转向架构架的重要组成部分的下盖板组成，其焊接质量的好坏将直接影响到转向架的行车安全，乃至整个城际动车车辆的行车安全。为此在动车构架下盖板组成的制造过程中，必须采用合适的工艺，确保下盖板组成的焊接质量。

1 下盖板组成结构特点：

1.1 下盖板组成

下盖板组成由端部下盖板（一）、转臂定位座、中间下盖板和端部下盖板（二）组成，结构比较规则对称，如下图1所示：

1.2 化学成分[1]

下盖板组成的各部件材质不一，属于异种钢的对接，焊接难度大。端部下盖板（一）、中间下盖板和端部下盖板（二）的材质均为低温容器板16MnDR，16MnDR钢是铁素体型低温钢，属于低合金系统，温度等级为-40℃，热轧热处理状态，其中碳及其合金元素含量较低，化学成分见表一。转臂定位座的材质为G20Mn5铸钢件，交货状态为调质态QT（即淬火+回火），含碳量0.17～0.23%，添加有少量Ni成分，化学成分见表2。

计算可得16MnDR钢的碳当量CE=0.466%，碳当量不高，焊接厚度20mm以下的钢板可以不预热。淬硬倾向小，室温下焊接一般不易产生冷裂纹。钢在扎制过程中，硫、磷含量控制较低，所以也不易产生热裂纹。

1.3 坡口分析

下盖板组成的接头部位母材厚度为16mm，为保证焊透和有效控制母材和填充金属的熔合比，所以需要开坡口，焊接接头为单面为V形坡口，钝边为2mm。其中V形坡口的深度为14mm、斜边角度25°，焊接量大，按EN 15085的要求：焊缝质量等级为CPB，焊缝的检验等级为CT1，焊接质量要求高。坡口形式见图2：

2 工艺分析

2.1 工艺放量

为保证各梁体焊接后尺寸满足设计图纸要求，所以从板材尺寸放量和工装定位尺寸放量两个方面来进行工艺放量：

2.1.1 板材工艺放量尺寸是根据经验公式计算得来的，根据的经验公式：

？驻L=0.86×10-6qvL和qv=ηUI/v

其中，qv-焊接线能量，？驻L-焊缝纵向收缩量，L-焊缝总长度，U-电弧电压，I-焊接电流，η-电弧热效率，v-焊接速度

一般情况下，钢材的？驻L/L约为1/1000。根据梁体结构、板材厚度、焊接量大小等，暂按1.5/1000的比例进行工艺放量。

2.1.2 工装定位工艺放量尺寸根据经验，对转臂定位座和一系簧孔的定位尺寸进行放量每边约2mm的尺寸进行放量。

2.2 工装定位压紧方式

根据下盖板组成的结构特点，为保证焊接质量，防止焊接变形，下盖板组成的焊接工装就必须满足方便焊接、控制焊接变形和减少劳动强度的作用。因此各定位点必须以机加工面作为基准平面，压紧方式采用机械压紧方式和液压方式，在对接焊缝附近的压紧方式采用液压压紧，因为焊接时的热应力很大，压力不够，很容易造成焊接变形，而其他压紧点用机械压紧方式就可保证压紧，在有压型和弧度的地方需增加压紧点。

3 焊前准备

来料检查，保证各零部件符合图纸要求，均贴有合格标识，是否符合工艺质量要求，重点检查中间下盖板的折弯角度，板料的坡口及钝边。打磨配件上焊缝两侧20mm范围内至见金属光泽，清除铁锈油污等杂质，保证焊缝各部位均匀一致。将中间下盖板和端下盖板依次吊入下盖板组成工装，组装好并压紧固定；根据EN 15085焊接标准的要求，铸件的焊接必须对其进行预热，选用预热温度为150℃～200℃；焊缝接头间隙，约为2-4mm。

4 试件焊接

4.1 焊接方法

结合公司实际生产所用焊接方法，确定采用富氩保护焊（MAG）（Ar80%+CO220%）。

4.2 焊接参数的选择

选择焊接电源为PANA-AUTO KR50焊机；初步确定焊接参数为焊接电流220-280A，焊接电源24-30V，保护气体流量15-20（L/m），送丝速度10-14（m/min），焊接速度350-500（mm/min）。

4.3 焊丝选择

根据母材为16MnDR的化学成分和机械性能[3]（表3），选择焊材型号为大西洋牌ER70S-3焊丝，直径为φ1.2；

4.4 焊接顺序和方向

在工装相应位置安装焊接用陶瓷垫板，焊接对接焊缝；焊接时从左到右施焊。每焊接一层后交替进行焊接，并且焊接的方向必须一致。以上焊接，焊接完成每层后，进行层间清理，必须等离焊缝25mm处冷却到约50℃（手摸可停留30s以上）以下才能进行下一层的焊接。焊接时采用PA位置焊接，焊枪可适上下当摆动。同时还要注意焊枪移动速度均匀，焊枪应对准坡口的中心线等。

5 结束语

焊接完成后，首先进行焊缝的外观检查，发现焊缝外观成型美观。并经检验证明，该焊接工艺能很好的确保下盖板组成的焊接质量和工艺质量要求，满足设计要求，同时还提高了生产效率，降低了劳动强度，降低了生产制造成本。特别是从板材的尺寸放量和工装定位尺寸放量两个方面来进行的工艺放量能很好的保证焊接后工件的尺寸符合设计图纸要求。可作为批量生产时的焊接工艺使用。

参考文献

[1]中国机械工程学会焊接学会.焊接手册（第三卷）焊接结构[M].机械工业出版社出版，2001，8.

[2]周振丰，等.焊接冶金学（金属焊接性）[M].机械工业出版社出版，2002，6.

[3]中国机械工程学会焊接学会.焊接手册（第二卷）材料的焊接[M].机械工业出版社出版，2001，8.