转向架构架用铸件缺陷焊接修复技术研究

吴彩 潘文全

摘 要：转向架作为列车的行走部件对列车的安全有着至关重要的地位，其中担负着整个列车支撑任务的转向架构架的重要性更是不言而喻。转向架构架主要由侧梁、横梁、纵梁、齿轮箱吊座和电机吊座等部分构成。铸件由于其成本低、易成形的特点而广泛应用于轨道交通、航空航天和船舶制造等行业。但是铸件质量的稳定性较差，每一批或者每一个铸件都可能由于生产过程的小错误造成气孔、缩松、夹杂和裂纹等缺陷。所以在铸件生产和使用过程，缺陷修复是很重要的技术。鉴于此，本文对转向架构架用铸件缺陷焊接修复技术研究进行分析，以供参考。

关键词：架构；铸件缺陷；焊接修复

引言

铸件缺陷问题困扰着每一个铸件生产厂家和用户，找到一种快速、简便的修补方法具有较好的现实意义。经过本次齿轮箱吊座修补可知，焊接修复是铸件修复的一个可行方案，焊修所用的工具简单，能够在发现缺陷后随时随地进行焊修，从而能够降低铸件单件及相关部件的报废率，提高生产效率及经济效益。

1 铸件缺陷及原因分析

齿轮箱吊座作为齿轮箱的固定装置，由于其结构复杂，如果采用钢板组焊的方案，焊缝多而集中，工艺难度较大，焊后应力和焊接变形较大。经过对比分析后，选用了综合性能更具有优势的铸造齿轮箱吊座。齿轮箱吊座组焊到构架上后，在进行机械加工时发现部分齿轮箱吊座键槽位置有长条形气孔存在，其宽3mm，深4mm，长20mm。

针对已经组焊在构架上的齿轮箱吊座，若将组焊后的铸件完全更换，可能会导致整个构架报废，若想继续使用现有的齿轮箱吊座，对其进行局部补焊修复是最好的、也是唯一的解决方法。

2 焊接应用优势

①保障均一性。对焊接机器人进行使用，能够在一定程度上提升焊接质量，能够焊接工艺就有均一性。焊接期间各个参数，如电流、电压和焊接素对、焊接干伸长度等对于焊接结果起到决定性作用。通过机器人进行焊接过程中，不同焊缝焊接参数均属于恒定的，能够降低对工人操作技术的需要。这种情况下，焊接质量足够稳定。采用人工焊接方式，焊接速度以及伸长速度都有一定的变化，这就很难实现焊接质量均一性。②改善劳动条件。对焊接机器人进行应用，工人只需要对工件进行装修，能够远离焊光以及烟雾等的伤害，针对点焊而言，不再使用人工搬运方式，减少人员工作量。③提高生产率。机器人不会出现疲劳现象，因此可以24h持续工作，随着高速焊接技术的应用，促使机器人焊接效率进一步增加。④产品质量容易控制。使用焊接机器人，生产节拍是固定的，能够按照生产计划进行。⑤能够缩短工期。对焊接机器人进行应用，能够适当缩短产品生产周期，同时能够减少设备投入，实现小批量生产。机器惹你和专机两者最大的差别就是，机器人能够通过程序的修改，适应不同形式爹工件生产。

3 焊机机器人系统在转向架构架焊接中的运用

3.1 电气控制系统

将PHG示教器作为该控制系统的中心，技术人员借助以太网和PC计算机相结合，从而实现对机器人状态的控制。PHG示教器是通过在线示教编程技术，选择可触碰示教器，在其上方设置红色按钮控制。当通电之后，则可以看到示教器屏幕上显示出机器人图标。相应控制柜上方设有间盘，左侧面分别连接电缆，在间盘盒的内部存在驱动以及代码显示器。在控制柜的内部包含了计算机控制功能、总线板、I/O板和电弧跟踪板、焊机板等，同时还包含不同操作模式开关，并且还设置了不同形式的功能开关。计算机的主要内容为CPU主板和FCIF接口板等。

3.2 機械传动机构

针对焊机而言，其使用的最大电流是550A，同时在相应焊机上方有一个操作板面，同时还设置了相应启动开关，对这一启动开关进行应用，能够促使电压以及电流达到显示。在面板的右侧位置，一共设置了4个按钮，这些按钮主要被应用在焊接材料、焊丝直径以及焊接方式的选择上。在相应面板上还设置了相应的温度报警指示发光管。在焊机的侧面位置设置的水位指示。而焊接的下侧位置有一定的放水开关。其中焊接电源在焊机当中属于比较重要的组成部分，能够实现数字化和智能化目标，这就能够在一定程度上促使焊接的整个过程得以满足。而送丝机构的内部分别设置了2个压丝轮以及2个送丝轮，其中还存在2个带头数字压丝调整手柄。此外，还存在部分附加装置接头。清枪机当中主要有铰刀、清理机构以及喷防飞溅气动机构等。

4 焊接修复工艺方案

制订返修方案既要考虑材料的本身性能特点，也需要考虑铸造件的特点。铸件材质为G20Mn5，是一种低碳低合金铸件，其化学成分范围大致对应国标中的ZG20Mn与ZG20SiMn（S，P含量要求更低）。该钢种具有焊接性好、裂纹倾向小、综合力学性能优异等特点，在轨道交通领域，该材料主要应用于牵引电机中的端盖、压圈、悬挂肋及转向架支架等铸件。

考虑到上述因素，在制订返修方案之前，按照ISO15614-1—2012标准进行了工艺评定试验，确保所使用的返修方案切实可行，根据缺陷情况、材料属性和铸造特点制订出返修方案。

（1）使用直磨机打磨去除铸造缺陷，直至将铸造缺陷彻底去除，同时清理焊接坡口及坡口周边区域的漆、锈、油污等杂质，保持待焊部位20mm范围内无上述污物，并露出金属光泽。

（4）采用多层多道焊，焊接时每层焊缝厚度不得超过4mm，多层焊时建议第1层焊缝采用较小电流施焊，以减小焊缝的熔合比，防止产生热裂纹。每焊完一层后应彻底清除熔渣，发现裂纹及其他缺陷应彻底清除后方可焊接下一层。

5 解决措施

5.1 提升组对精度

从原因分析可以看出，对交叉杆焊接质量危害最大的是焊偏及焊缝形状几何不连续。为使焊缝截面成型更规则，避免焊偏、焊趾厚度突变等，必须保证两侧焊缝宽度d相等且空间位置相对固定。为提高组对精度，新设计了组对通止规。该通止规分d1、d2两个台阶，d1为最小组对间隙，d2为最大组对间隙。实际组对检查以d1部分能通过，d2部分不能通过为合格，

5.2 “爬坡法”优化为“下坡法”

为解决“爬坡焊”带来的不利影响，通过调整焊接角度及焊接方向将“爬坡法”优化为“下坡法”焊接工艺。调整后的方向如图8所示，由于改变了焊枪倾角及焊接方向，电弧直接指向熔池，既保证了熔深（1.5～2.5mm），又控制了余高（0.5～2mm）。

6 结束语

铁路列车转向架焊接构架生产制造过程中一般会预先采取刚性固定、反变形或者优化焊接顺序等措施预防或减小焊接变形，但由于影响焊接变形的因素较多，焊接变形仍难以避免。而且，采用不同的工艺措施，焊后往往会存在不同程度的焊接残余应力。焊接变形会影响工件尺寸精度，甚至达不到图样要求，造成无法装配和使用的难题。焊接残余应力会降低工件，尤其是焊缝的疲劳性能，从而影响车辆运行安全和使用寿命。因此，焊接变形及残余应力是铁路列车转向架焊接必须考虑及研究的课题。

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