導(dǎo)語(yǔ)：淺談電力機(jī)車(chē)焊接工藝一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀(guān)點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢(xún)客服老師，歡迎參考。

1結(jié)構(gòu)功能說(shuō)明

變形吸能元件是機(jī)車(chē)車(chē)鉤緩沖裝置的重要組成部分，它是由上支撐板、吸能鋼管、襯套和下支撐板四部分通過(guò)焊接成一體，如圖1所示。其上支撐板為T(mén)形支撐板，上支撐板置于吸能鋼管內(nèi)上端并通過(guò)焊接方式固定，襯套與吸能鋼管內(nèi)孔為過(guò)盈配合連接，襯套置于吸能鋼管內(nèi)下端并與下支撐板通過(guò)螺紋聯(lián)接，襯套臺(tái)階需壓入到鋼筒內(nèi)，直至襯套與鋼筒下表面吻合形成Y形坡口，然后采用連續(xù)圓周焊連接成整體。吸能鋼筒與襯套的焊接質(zhì)量將直接影響到變形吸能元件功能的發(fā)揮。

2焊接現(xiàn)狀分析

變形吸能元件鋼筒焊接體是由襯套、吸能鋼筒、上支撐板通過(guò)焊接成一體。其中，吸能鋼筒材料(特殊的高級(jí)低合金鋼)及上支撐板材料(16MnDR)為低碳鋼，焊接性能良好，而襯套材料為45#鋼，由于45#鋼為中碳鋼，淬硬傾向較明顯，焊接工藝需要采取適當(dāng)?shù)念A(yù)熱、控制線(xiàn)能量等措施，焊接性能較為不理想。為確保焊縫質(zhì)量，工藝上一直采用“預(yù)熱+緩冷”的工藝措施。其中預(yù)熱溫度要求達(dá)到150℃～200℃均勻預(yù)熱，緩冷是在珍珠巖中實(shí)施。但是，在進(jìn)行預(yù)熱工藝時(shí)，襯套各個(gè)部位存在一定的受熱不均勻，容易產(chǎn)生小眼等缺陷，如圖2所示，影響焊接質(zhì)量;同時(shí)預(yù)熱采用的是氧、乙炔加熱的方式進(jìn)行，存在一定的安全隱患;另外在預(yù)熱后的溫度條件下進(jìn)行焊接，無(wú)形中增大了焊工的勞動(dòng)強(qiáng)度。焊接完成后，將鋼筒與襯套的焊縫部位放入珍珠巖中覆蓋以進(jìn)行緩冷處理從而消除應(yīng)力熱，由于預(yù)熱、保溫是一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程，在此過(guò)程中預(yù)熱需要約15min，而保溫也需要約40min，因此，在生產(chǎn)過(guò)程中效率大打折扣。

3優(yōu)化措施及效果驗(yàn)證

思路:在襯套材料力學(xué)性能滿(mǎn)足的條件下，選用焊接性能更好的材料代替45#鋼。3．1材料性能對(duì)比分析。根據(jù)相關(guān)要求，選擇45#、15Mn、Q345、16MnDR四種材料進(jìn)行焊接性能分析及力學(xué)性能分析，查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)并進(jìn)行材料的碳當(dāng)量估算，得知。45#鋼:屬于中碳鋼，其淬透性較差，焊接性能較差，易產(chǎn)生裂紋，調(diào)質(zhì)處理后的抗拉強(qiáng)度σb=630～780MPa，屈服強(qiáng)度σs=370MPa。15Mn:屬于高錳低碳滲碳鋼，性能與15鋼相似，但淬透性、強(qiáng)度和塑性比15鋼高。用以制造心部力學(xué)性能要求高的滲碳零件，焊接性尚可。Q345:綜合力學(xué)性能良好，低溫性能亦可，塑性和焊接性良好，用作中、低壓容器等承受動(dòng)荷的結(jié)構(gòu)、機(jī)械零件、一般金屬結(jié)構(gòu)件，可用于－40℃以下寒冷地區(qū)的各種結(jié)構(gòu)。16MnDR:屬于低合金鋼，力學(xué)性能良好，低溫沖擊性能良好，焊接性能良好，可用于－40℃以下寒冷地區(qū)的各種結(jié)構(gòu)。以上四種鋼材的化學(xué)成分及力學(xué)性能見(jiàn)表1、表2。綜合來(lái)看，合金結(jié)構(gòu)鋼16MnDR的強(qiáng)度及焊接性能較為優(yōu)良，可滿(mǎn)足產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求，故襯套材料考慮采用16MnDR。3．2強(qiáng)度計(jì)算。1)車(chē)體的縱向壓縮載荷F=F1×k(F1為吸能元件開(kāi)始出現(xiàn)塑性變形的最大允許力，以9600kW六軸車(chē)為例取值3300kN，k為安全系數(shù)，取值1．05)。故，單個(gè)鋼筒承受力F2=F/4kN根據(jù)力的傳遞原理，襯套亦承受力F2kN2)襯套強(qiáng)度計(jì)算襯套材質(zhì)為16MnDR，強(qiáng)度最薄弱處的受力面積為:受力面積S=л(R2－r2)(R為襯套與鋼銅接觸法蘭面的大徑，r為襯套與鋼銅接觸法蘭面的小徑)。因此，σ=F2/S=［F/4］/［л(R2－r2)］MPa保證σ＜σb，即證明材料強(qiáng)度足夠通過(guò)代入具體數(shù)值計(jì)算得出σ=440MPa＜σb，說(shuō)明16MnDR材料的襯套強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。3．3可焊性試驗(yàn)。優(yōu)化更改襯套的焊接工藝，將16MnDR材質(zhì)的襯套焊接前不進(jìn)行預(yù)熱，焊后也不進(jìn)行緩冷處理，焊接后觀(guān)察鋼筒與襯套的焊縫情況并與原來(lái)45#鋼的焊接效果進(jìn)行對(duì)比，效果如圖3、圖4所示。通過(guò)兩種材質(zhì)的焊接效果可以看到，16MnDR材質(zhì)的焊縫圖316MnDR材質(zhì)焊接效果圖445#材質(zhì)焊接效果表面成形良好，無(wú)裂紋、氣孔等缺陷，且紋路更為細(xì)膩。另外，我們將鋼筒焊接體切割成若干小塊進(jìn)行金相檢測(cè)，觀(guān)察焊縫情況，如圖5、圖6、圖7、圖8所示。通過(guò)金相檢測(cè)可以得出，更改材質(zhì)后襯套與鋼筒的焊縫顯微組織也符合要求。3．4靜態(tài)荷載試驗(yàn)。將組裝好的變形吸能元件(左)/(右)在500t電液伺服萬(wàn)能壓力試驗(yàn)機(jī)上對(duì)由16MnDR材質(zhì)襯套組裝成的變形吸能元件進(jìn)行靜態(tài)荷載試驗(yàn)，如圖9、圖10所示;靜態(tài)荷載試驗(yàn)前測(cè)量襯套端外徑為88．6mm，試驗(yàn)時(shí)，最大靜態(tài)荷載超過(guò)4000kN，試驗(yàn)后測(cè)量襯套端外徑仍為88．6mm，即襯套未發(fā)生明顯塑性變形。

4結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)襯套材料及焊接工藝的優(yōu)化，即45鋼改為16MnDR，并且在焊接工藝上取消“預(yù)熱+緩冷”措施后，產(chǎn)品品質(zhì)量大為改善，也減少了焊接工序，提升了焊接性能，提高了生產(chǎn)效率，使機(jī)車(chē)更能適應(yīng)低溫運(yùn)用環(huán)境。1)工藝端，工藝步驟得到簡(jiǎn)化;取消焊前的預(yù)熱處理和焊后的緩冷處理，即在普通條件下可焊接。2)質(zhì)量端，16MnDR形成裂紋傾向小，保證了產(chǎn)品質(zhì)量，有利于焊接質(zhì)量員的檢查。3)生產(chǎn)端，減少工序，可減少生產(chǎn)時(shí)間，減輕勞動(dòng)量，提高公司的產(chǎn)能。4)安全端，可取消預(yù)熱工序所需的O2，不再存在氧氣瓶和乙炔瓶同時(shí)擺放現(xiàn)場(chǎng)的安全隱患。

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作者:陳陽(yáng) 劉德學(xué) 單位:中車(chē)株洲電力機(jī)車(chē)有限公司