導語：大軸重礦石車組焊式箱焊接工藝研究一文來源于網友上傳，不代表本站觀點，若需要原創文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：BHPB大軸重礦石車采用組焊式箱型中梁，焊接過程中易出現扭曲和變形。分析箱型中梁結構特點，確定焊接工藝難點，計算縱向收縮量和撓度。通過采取設置組對間隙、加大坡口角度、板材焊縫采用拼接方案、使用藥芯焊絲、C級鋼焊前預熱、調整工藝尺寸等焊接工藝措施，控制組焊式箱型中梁焊接變形，以保證中梁制造質量。

關鍵詞：大軸重礦石車；箱型中梁；焊接工藝；控制措施

重載運輸因運能大、效率高、運輸成本低而受到世界各國的廣泛重視，成為當今世界鐵路貨運的發展趨勢。中車齊齊哈爾車輛有限公司根據澳洲客戶要求生產的載重為160t的BHPB大軸重礦石車，得到客戶青睞［1］。中梁組成作為鐵路貨車車體的脊梁，負責傳遞牽引力、沖擊力和垂直載荷，是車輛最主要的承重部件。由于箱型結構強度較高，因此BHPB大軸重礦石車采用組焊式箱形中梁（以下簡稱“箱形中梁”）。箱形中梁因其結構特點，易出現焊接變形。通過分析箱形中梁結構特點，確定焊接工藝難點，制定焊接工藝措施，控制箱型中梁焊接變形，以保證中梁制造質量。

1組焊式箱型中梁結構特點

BHPB大軸重礦石車箱形中梁為等截面封閉箱型結構，與我國鐵路通用敞車、棚車中梁由2根乙型鋼組焊而成的半封閉結構不同，主要由中梁腹板、中梁下蓋板、中梁上蓋板、隔板、心盤座、前從板座等組焊而成。為適應萬噸重載牽引要求，提高集載能力，板材采用屈服極限為450MPa的高強度耐大氣腐蝕鋼。心盤座、沖擊座、前從板座采用美國鐵路協會AARM-201：2017《鑄鋼件》中的C級鑄鋼［2-3］。箱型中梁組成如圖1所示。

2焊接工藝難點箱形中梁焊縫位置如圖2所示。

2.1箱形中梁焊接變形

箱形中梁長為9590mm，焊腳尺寸為8mm×8mm，焊縫長，焊接熱輸入量大。在距離箱型中梁兩端各2600mm范圍內，箱形中梁下蓋板焊縫為雙面坡口焊縫，焊縫填充量大，在箱形中梁焊接過程中，易產生扭曲和變形［4］。2.2中梁下蓋板與腹板坡口焊接由于BHPB大軸重礦石車具有大軸重、大容積的特點，滿載后總重為160t。為保證箱形中梁的承載能力，中梁下蓋板與腹板焊縫熔深要求達到16mm。中梁下蓋板與腹板較厚，分別為20mm和16mm，組裝剛度大。中梁下蓋板與腹板坡口焊接按澳大利亞/新西蘭標準ASAS/NZS1554.1：2014《結構鋼焊接》中結構用途（SP）執行，要求全熔透焊接。因此，控制根部未熔合或未焊透現象，以及氣孔、夾渣是焊接工藝的重點。2.3C級鋼鑄件與耐大氣腐蝕鋼板材焊接心盤座、沖擊座等部件均為C級鋼。C級鋼鑄件可焊性較差，焊縫具有一定的淬硬傾向。在焊接熱量的循環作用下，焊縫極易產生脆硬的馬氏體組織，在定位焊縫、長直焊縫，以及焊縫拐角處出現冷裂紋、毛細裂紋以及未熔合等缺陷。

3計算縱向收縮量和撓度

3.1縱向收縮

箱型中梁縱向焊縫長，焊角大，焊后縱向收縮量ΔL直接影響中梁全長及心盤距尺寸。因此，中梁腹板、中梁上蓋板、中梁下蓋板下料長度是需要控制的重要工藝參數。縱向收縮量ΔL［5］為ΔL=kAhL/A。（1）式（1）中，k為比例系數，與焊接方法和材料有關，金屬極氣體保護焊k取0.041，埋弧焊k取0.072；Ah為焊縫截面積，mm2；L為構件長度，mm；A為構件截面積，mm2。對于雙面有角焊縫的T形接頭，由于塑性變形區相互重疊，縮短變形區總面積，僅比單側焊縫時大15%左右，故縱向收縮量ΔLT為ΔLT=(1.15~1.40)kAhL/A。（2）根據箱型中梁結構特點及焊接接頭形式，計算中梁縱向收縮量ΔLT=7.56mm。

3.2焊后撓曲、扭曲、旁彎

中梁上蓋板與腹板焊角為8mm×8mm的單側焊縫，中梁下蓋板與腹板焊角為8mm×8mm的雙側焊縫。由于焊角大，焊接熱輸入量大，對中梁焊接變形影響大。從中梁截面形狀與焊縫對稱分布特性來看，通過在腹板間焊裝工藝撐管，以及采用必要的工藝裝備、合理的焊接順序、適宜的焊接方法及焊接參數，控制中梁的扭曲及旁彎。焊縫引起的撓度f為f=kAheL2/8I。（3）式（3）中，e為偏心距，即焊縫中心到斷面中心軸的距離，mm；I為構件的幾何慣性矩，mm4。計算得出：①中梁上蓋板與腹板間2條外側角焊縫焊接收縮引起的下撓度為12.21mm；②中梁下蓋板與腹板間角焊縫焊接收縮引起的上撓度為12.54mm；③隔板與下蓋板間焊縫橫向收縮引起的上撓度為2.98mm。

4焊接工藝控制措施

4.1設置組對間隙并加大坡口角度

為了滿足關鍵焊縫熔深和全熔透要求，中梁腹板與中梁下蓋板接觸處坡口尖點上移2mm，腹板鈍邊調整為0。在箱型中梁兩端各2600mm長度范圍內，在原有K型坡口的基礎上，在中梁下蓋板處加工30°坡口，將中梁腹板與中梁下蓋板的坡口由50°調整為80°。通過設置組對間隙、加大坡口角度，提高焊縫熔透深度。中梁腹板與下蓋板兩端坡口焊縫如圖3所示。中梁腹板中梁下蓋板250°80°單位：mm圖3中梁腹板與下蓋板兩端坡口焊縫焊接時，將中梁吊至翻轉機上，翻轉90°至平焊位置，先焊接腹板內側焊縫（坡口角度80°），采用2層3道焊縫。然后將中梁吊至下一工位，翻平，用電砂輪打磨清根后，焊接腹板外側坡口焊縫（坡口角度50°），采用3層3道焊縫。焊接電流為207A~253A，焊接電壓為28.8V~33.2V，控制層間溫度不大于210℃。

4.2板材焊縫采用拼接方案

中梁腹板與中梁下蓋板采用3段拼接方案，在專用組對平臺上組焊。組焊時，在拼接縫兩側采用壓緊裝置壓緊，各板橫向錯牙量不大于1mm。為了減小焊接變形，各板件應在壓緊狀態下，同方向焊接。拼接焊縫焊接前，加裝引弧板，引弧板坡口角度和材質與焊接母材一致。完成焊接后，引弧板預留1mm，其余部分切除，并將切口打磨圓滑。拼接焊縫為雙面焊，預留2mm～3mm組對間隙。打底焊采用較小焊接參數，焊接電流為99A~121A，焊接電壓為23.3V~26.8V。填充和蓋面采用多層多道焊。背面焊接前應先清根處理，保證焊縫熔合性。焊后采用超聲波或磁粉探傷檢查焊縫。

4.3使用藥芯焊絲

中梁腹板組成和中梁下蓋板組成拼接焊縫，中梁腹板與下蓋板坡口填充焊縫等部位，使用符合AWSA5.29E81T1-W2C的藥芯焊絲［6］，避免通過擺動實芯焊絲調整焊接位置，改變電流大小的操作工藝，降低操作難度。藥芯焊絲具有較好的焊接工藝性，焊接操作簡單、焊接過程電弧穩定、焊縫化學成分均勻，并且成型美觀，焊接飛濺少。

4.4C級鋼焊前預熱

為了控制C級鋼焊接缺陷，焊接C級鋼和耐大氣腐蝕鋼前先預熱。預熱溫度為200℃～250℃，預熱區域為焊縫兩側75mm。采用點溫計測量，測溫位置位于焊縫50mm處。預熱時采用分段預熱方法，不允許一次性預熱整條焊縫，以防止預熱焊縫過長導致溫度下降。焊接時，層間溫度控制在200℃~250℃。多層焊縫每層厚度不大于4mm。焊腳尺寸大于6mm的角焊縫嚴禁1次焊接完成。心盤座、沖擊座與中梁焊縫的起弧、收弧應避開焊縫拐角處30mm~50mm。焊后修磨接頭處焊縫，使其圓滑過渡。4.5調整工藝尺寸考慮中梁隔板內部焊縫焊接產生的橫向收縮，結合縱向收縮計算值，將中梁腹板長度加長10mm。其中，中梁腹板（1）加長6mm，并預制8mm～11mm工藝上撓度；中梁腹板（2）和（3）各加長2mm。將中梁下蓋板長度加長10mm。其中，2塊中梁下蓋板（1）均加長2mm，中梁下蓋板（2）加長6mm。在中梁下蓋板（2）沿中梁腹板外側焊縫位置預制3mm～6mm焊接反變形；在中梁上蓋板距端部2600mm范圍內，沿中梁腹板外側焊縫位置預制2mm～4mm焊接反變形。

5結語

采用以上工藝方法，2019年生產BHPB大軸重礦石車526輛。交檢驗結果顯示，箱型中梁全長9590mm±10mm，中梁交驗枕心距6250mm±4mm，中梁撓度11mm～15mm，牽引梁甩頭小于或等于5mm，中梁全長旁彎小于或等于5mm，焊接質量符合AS/NZS1554.1：2014要求。BHPB大軸重礦石車目前已在澳洲運行，得到客戶一致好評。

參考文獻

［1］田葆栓．在變化的世界中推進重載鐵路技術與運營——第11屆國際重載運輸大會綜述［J］．國外鐵道車輛，2019（2）：1-5．

［2］聶友明，王麗，陳增有，等．大軸重鐵路貨車組焊式箱型中梁的焊接工藝［J］．大連交通大學學報，2015（1）：76-79．

［3］曹巖．C級鋼鎖座焊縫裂紋原因分析及對策［J］．機車車輛工藝，2006（2）：42-44．

［4］李書楷．40t軸重不銹鋼鐵路礦石車中梁組成組焊工藝［J］．機車車輛工藝，2011（5）：24-26．

［5］方洪淵．焊接結構學［M］．北京：機械工業出版社，2008：79-86．

［6］馬凱夫．系列藥芯焊絲制備及其焊接工藝研究［D］．長沙：中南大學，2014．

作者：司洪濤 李雪梅 單位：中車齊齊哈爾車輛有限公司 齊齊哈爾大學機電工程學院