锻造钩尾框自动焊接试验总结

刘　伟

（中车齐齐哈尔交通装备有限公司，齐齐哈尔 161000）

锻造钩尾框自动焊接试验总结

刘伟

（中车齐齐哈尔交通装备有限公司，齐齐哈尔 161000）

钩尾框是铁路货车车钩缓冲装置的关键受力部件。本文通过阐述钩尾框焊接的现状和存在的问题，利用自动焊接设备焊接的稳定性及其高效性，提出进行钩尾框自动焊接试验。实验分为钩尾框连接板焊接试验、钩尾框焊接试验和钩尾框批量可行性试验三个阶段进行，并开展工艺分析，得到结论：以节约成本为目的手工焊接是比较好的选择，投入较低，质量较为稳定；专机焊接次之，机械手焊接最差。以改善操作者作业环境、提高生产效率为目的机械手是最好的选择，专机次之，手工最差。

钩尾框 焊接 电弧焊

前言

钩尾框是铁路货车车钩缓冲装置的关键受力部件。在铁路运输“高速重载”发展方向下，铸钢钩尾框已不能满足使用性能要求，需由铸造成形改为锻造成形。但是，锻造直接成形复杂内空结构钩尾框有难度，因而采用了模锻成平面形状后再弯曲成U形，最后靠焊接连接块的方法形成内空框架结构。钩尾框采用C级钢制造，该钢碳当量较高，可焊性较差，焊缝具有相当的淬硬倾向，易产生冷、热裂纹。如果焊接时不采取适当的措施，焊缝产生开裂倾向大。再者，焊接尺寸精度高，必须有效防止焊接变形。同时，车辆运行过程中受到的强烈拉伸和冲击，也需要焊缝及热影响区有良好的综合力学性能。因此，焊前将工件可预热至规定的温度范围，并采用多层多道焊。

1　现状及存在问题

具体可归纳为：现在钩尾框焊接采用熔化极活性气体保护电弧焊，对操作者的高焊接技能要求较高；焊接成功率不高，生产效率低下，返修率较高；高技能的焊接操作者缺少，焊接质量受操作者的影响较大；生产效率低下，焊接环境较差。

2　解决思路及焊接试验

钩尾框焊接自动试验，利用其焊接的高效性和稳定性，减轻操作者的高劳动强度和对高焊接技能的依赖性，提高焊接效率。利用自动焊接设备焊接的稳定性及其高效性，对钩尾框进行焊接，达到提高钩尾框焊缝（一级焊缝）的焊接合格率和减少返修品目的。本次试验的难点是国内没有成型的钩尾框自动焊接技术，对焊接参数及焊接过程中出现的各种问题没有相关经验可参考，同时自动焊接对钩尾框的焊接坡口等焊接环境要求较高。

本次自动焊接试验分为三个阶段进行。第一阶段钩尾框连接板焊接试验，第二阶段钩尾框焊接试验，第三阶段钩尾框批量可行性试验（工业化试验）。本次试验采用与钩尾框焊接相同材质、相同批号、相同型号、相同热处理状态的材料。本次试验的操作者具备手工焊接钩尾框的经验，具备多年自动焊接设备的操作经验，同时具备一定的编程能力。

2.1第一阶段：钩尾框连接板焊接试验

焊接试验为了验证自动焊接试验的可行性，采用的是钩尾框连接板焊接试验，即通过交叉杆自动焊接专机，将两块钩尾框连接板焊接在一起（采用与手动焊接相同的焊接工艺参数）。试验之初，采用与手工焊接相同的电压，横向通过自动焊接专机自动摆动，摆动幅度和焊缝宽度一致。纵向进给通过自制工装，手动梯形螺纹传动，实现平稳进给。通过焊接试验及探伤检验，合格率只有20%。经过分析，原因是焊接参数过大。通过调整焊接参数，合格率达到40%。经过进一步分析发现，主要问题在于纵向进给较慢，进给速度不稳定，导致合格率低下。于是，采用对自动气割小车的局部改进，实现快速平稳的进给，合格率达到90%以上。此外，通过20个一组的试验，合格率稳定，具备下一步试验的条件。

2.2第二阶段：钩尾框焊接试验

通过第一阶段的试验，初步确定自动焊接需要的焊接参数（电压、电流、摆动幅度、焊接速度、焊接层数）、焊接缺陷（气孔、未焊透）的类型和产生的原因及位置。本阶段的试验在焊接机械手上焊接成品钩尾框，验证第一阶段的试验成果。试验之初发现，采用第一阶段的参数焊接试验，合格率在70%左右。经过分析发现，自动焊接专机和焊接机械手存在细微的差别。焊接机械手的精度要高，瞬时电流较大，成品钩尾矿的V型坡口与两个连接板的V型坡口不一致，导致焊接参数不适用。通过调整，将焊接参数小幅度提高，调整焊接起弧的焊枪角度。调整后，焊接合格率达到85%以上。通过20个一组的试验验证，合格率稳定，具备下一步试验的条件。

2.3第三阶段：钩尾框批量可行性试验（工业化试验）

本阶段的试验在第二阶段试验的基础上进行小批量连续焊接试验，目的是验证第二阶段得出的焊接参数、焊接合格率是否稳定，从而初步确定焊接的生产效率和工艺节拍。本次试验通过小批量焊接试验。验证焊接参数及合格率符合要求，生产效率较高，可以满足钩尾框焊接生产纲领双班日常80辆的生产纲领。本次实验过程中对焊接容许度进行验证，发现V型坡口的不平整度对焊接产生影响。通过试验，发现V型坡口的不平整度，对焊接质量有较大影响。于是，采取调整焊枪角度、引収弧板的形式等措施进行改善，达到要求。

3　工艺分析

3.1手工焊接

手工焊接过程包括：将组对完成的钩尾框放置在焊接夹具上，交替完成一侧连接板的坡口焊缝，将工件翻转180°，交替完成一侧连接板的坡口焊缝，下料。

手工焊接的优点包括：工装设备投入低；焊接操作灵活，对焊接过程中出现的问题可以及时进行调整、修复。

手工焊接的缺点包括：操作者劳动强度大；工作条件较差；生产效率偏低；产品质量受操作技能影响较大。

3.2机械手焊接

机械手焊接过程包括：将组对完成的钩尾框放置在焊接夹具上，焊接点的示教，交替完成一侧连接板的坡口焊缝，将工件翻转180°，对另外一侧的焊接点进行示教，交替完成一侧连接板的坡口焊缝，下料。

机械手焊接的优点：操作者劳动强度低；工作条件好；生产效率较高。

机械手焊接的缺点：工装设备投入大；焊接质量受工件尺寸影响大。

3.3专机焊接

专机焊接过程包括：将组对完成的钩尾框放置在焊接夹具上，每焊接一层焊缝都要对焊接位置进行调整，交替完成一侧连接板的坡口焊缝，将工件翻转180°，每焊接一层焊缝都要对焊接位置进行调整，交替完成一侧连接板的坡口焊缝，下料。

专机焊接的优点：工作条件较好；操作者劳动强度较低。

专机焊接的缺点：工装设备投入较大；焊接质量受工件影响较大；生产效率低。

4　结论

以节约成本为目的手工焊接是比较好的选择，投入较低，质量较为稳定；专机焊接次之，机械手焊接最差。以改善操作者作业环境、提高生产效率为目的机械手是最好的选择，专机次之，手工最差。

Forging Hook Tail Frame Automatic Welding Test Summary

LIU Wei
(Qigihar Zhongche transportation equipment Co., Ltd, Qigihar 161000)

The hook tail frame is the key of railway freight car coupler buffer device stress component. This pape r descri bes the hook tail frame wel ding the status quo and problems of using automatic welding equipment and welding stability efficiency, put forward hook tail frame automatic welding tes t. The for hook tail frame connecting plate welding test, hook tail frame welding test and a hook tail frame batch test for feasibility of three stages, and carry out technology analys is, get conclus ion: to save the cos t for manual welding is be tter choice, low investment, the quality is stable; plane welding times, mechanical hand welding the worst. In order to improve the operating environment, improve the production efficiency for the purpose of mechanical hand is the best choice, the second hand, the worst.

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