摘 要 论述了货车零部件裂折与焊修工艺标准的关系 ,提出了保证货车检修质量的建议。
关键词 货车 零部件 焊修工艺 标准
1 概述
近年来 ,货车车辆的品种、制造质量有了长足的进步。但由于选用材质、制造工艺、运用工况等原因 ,零部件破损、裂纹等故障时有发生。许多故障严重地危及行车安全。在铁道部公布的 2002 年铁路行车事故案例中 ,因车辆故障造成险性以上事故共9 起 ,其中 3 起是由于配件焊修质量不良造成的 ,见表 1。
笔者统计了锦州分局管内各车辆段近年来在检修中发现的重要配件裂损故障 ,见表 2。
表 2 中所列故障如不能及时发现 ,均可导致列车颠覆 ,造成重大损失。分析表 2,各种故障均呈逐年上升趋势 ,其中摇枕裂损 2003 年比 1999 年上升了 88.5%,侧架裂损 2003 年比 1999 年上升了105%,制动梁裂损 2003 年比 1999 年上升了31.1%。其原因一是近年来在检修中大量采用先进技术、先进工装 ,使故障发现率大大提高 ,二是焊修工艺不完善 ,焊后重复裂纹。后者在调查的故障中占有很大的比重。铁道部颁布的《铁路货车段修规程》第 2 章基本要求 2.2.13 裂纹及焊缝开裂时须清除裂纹 ,按规定开坡口焊修。铆接、焊接技术要求及质量标准须符合 TB/T2911《车辆铆接通用技术条件》、TB/T1581《机车车辆修理焊接技术条件》。
第 5 章转向架 5.1.2.1 铸钢侧架弯角处横裂纹不大于裂纹处断面周长的 30%时焊修 ,焊波须高于基准面 2mm,焊后须进行热处理。5.1.3.1 铸钢摇枕上平面、侧面横裂纹长度不大于裂纹处断面周长的 20%,底面横裂纹长度不大于底面宽度的 20%时焊修 ,焊波须高于基准面 2mm,焊后须进行热处理。
TB/T1581《机车车辆修理焊接技术条件》规定:“施焊部位及两侧各10～20mm范围内应清除水分、铁锈、油污等杂物 ,但不影响焊接质量的预涂底漆除外。焊接裂纹时 ,应将裂纹彻底清除干净 ,并根据板厚情况 ,将裂纹部位开出坡口 ,必要时 ,裂纹端部应钻止裂孔。焊前预热:低碳钢 <0.25%,母材厚<6mm,母材温度低于 -5 ℃时应预热至 20 ℃以上。
焊接时熔化的金属、熔渣和气体之间进行着复杂的物理化学反应。一是焊接温度高 ,阳极区热力学温度约 2600K,阴极区热力学温度约 2400K,弧柱区热力学温度约 5000～8000K。容易造成合金元素的蒸发与烧损。二是焊接过程短 ,焊接熔池从形成到凝固的时间只有 10s 左右 ,难以达到平衡状态。三是焊接时有害气体难免侵入熔池 ,形成脆性的氧化物、氮化物和气孔 ,使焊缝金属的塑性、韧性显著下降。
与此同时 ,焊缝两侧一定范围内由于焊件受热而发生组织变化的热影响区 ,亦应受到相应的重视。
2 货车焊修存在的主要问题
2.1 焊前准备工作:限于修车条件 ,许多配件不能集中修理。工艺装备的投入受到制约 ,以至于切坡口、钻止裂孔、预热等工艺要求得不到落实。
2.2 焊接设备:目前车辆段大部分仍使用手工电弧焊设备 ,在生产中 ,用电集中 ,电压不稳 ,焊接电流波动较大 ,直接影响焊接质量。
2.3 焊接工艺:由于没有工装卡具 ,对身体的稳定提出了较高的要求 ,不同的焊接位置需要不同的姿态 ,焊接时难度很大。加之起落弧不易控制 ,极易造成弧坑咬肉和焊不透。
2.4 焊后热处理:鉴于设备条件 ,多数情况下 ,配件焊修后均不能进行热处理 ,这就为配件运用后再次裂纹埋下祸根。
3 为解决上述问题 提出如下建议
3.1 重要配件应集中修理
结合生产力布局调整 ,对侧架、摇枕、车钩、制动梁等重要配件应实施集中修。这样便于创造高标准修车环境 ,避免风、沙、雨、雪等恶劣环境对焊修工作的影响;同时也可通过制造相应的工艺装备来满足焊修工作对位置的特殊要求 ,如制造工作台、胎具、卡具、翻转台、机械手等 ,以此来提高配件加修质量。集中修实施的难点是运输和备份 ,大部件和精密配件在运输过程中应予以保护 ,工作现场应备有足够
的储备定量 ,以满足修车需要。
3.2 重要配件应采用专用埋弧自动焊或 CO2 气体保护焊等焊接设备
埋弧自动焊是电弧在熔剂层下燃烧进行焊接的方法 ,焊剂是覆盖焊接区的颗粒状材料 ,在焊接时能熔化形成熔渣和气体 ,对熔融金属起保护和冶金反映的作用。焊接前 ,在焊件接头上覆盖一层 30～50mm厚的焊剂 ,并将焊丝插入焊剂中 ,是焊丝与焊件接头处保持一定距离 ,当电弧引燃后 ,电弧产生的热量使周围焊剂熔化成熔渣 ,并形成高温气体 ,高温气体将熔渣排开形成一空腔 ,电弧就在这一空腔中燃烧。覆盖在上面的液态熔渣和最表面未熔化的焊剂将电弧与外界空气隔开 ,电弧邻近的母材、焊丝和焊剂不断地熔化 ,汇合成熔池 ,焊丝不断地朝焊接方向送进 ,融池中的液态金属也随之凝固成焊渣。焊接中由于有一套机械装置 ,从而保证了焊接的连续性 ,使焊接质量得到保证。
埋弧自动焊在车辆修理中适用于心盘、车钩等配件的焊修。
埋弧自动焊较之手工电弧焊有以下四个优点:一是焊缝质量高 ,由于焊剂对电弧有可靠的保护作用 ,防止了空气的侵入 ,减少了空气对焊接熔池的不良影响。并且埋弧焊时 ,焊接规范稳定 ,焊缝的化学成分和性能比较均匀。二是焊接变形小 ,埋弧焊的热量集中 ,焊接速度快 ,对焊缝的热影响区较小。三是生产效率高 ,焊丝从导电嘴伸出的长度较短 ,这样就可以使用较大的焊接电流 ,使单位时间内焊丝的融化量显著增加 ,从而提高效率。四是节省焊接材料和电能 ,由于焊剂的保护 ,金属的烧损和飞溅显著减少 ,也完全消除了手工焊中焊条头的损失。由于埋弧焊的电弧热量得到充分利用 ,所以单位长度焊缝上所消耗的电能也大为降低。
CO2 气体保护焊是指利用 CO2 气体作为电弧介质并保护电弧和焊接区的电弧焊 ,焊接时 ,在熔池上方的焊接区域形成一个气罩 ,是熔融金属与外界隔绝而得到保护 ,焊丝和 CO2 气体由不同的机构连续地送入焊接区 ,便于实现自动化。 CO2 气体保护焊适用于侧架、摇枕、制动梁等配件的焊修。
3.3 焊后热处理
车辆配件多为低碳钢 ,以铸钢居多。在焊修时 ,将会产生一定的焊接应力 ,这是造成焊后再次裂纹的隐患。因此 ,应采用热处理方式消除焊接应力。
钢的热处理是采用适当的方式 ,对钢进行加热、保温和冷却 ,以获得所需要的组织结构与性能的工艺。热处理可以有效的消除焊接应力。
热处理分为普通热处理和表面热处理 ,普通热处理又分为退火、正火、淬火和回火。根据热处理工艺的特点 ,车辆配件消除内应力应采用去应力退火或正火。
去应力退火将工件加热到 500～600 ℃,保温后随炉冷却到 200～300 ℃,出炉空冷。由于加热温度低 ,钢内组织基本上没有变化。
正火的加热温度比退火要高 ,保温后出炉 ,空冷。正火冷却速度稍快 ,得到的组织较细 ,强度和硬度稍有提高 ,正火操作简便 ,生产周期短 ,成本较低 ,易于车辆段生产。
目前 ,许多车辆段对心盘、车钩等配件采用了焊后热处理工艺 ,但对侧架、摇枕、制动良等配件均未进行焊后热处理 ,给行车安全埋下了一定的隐患 ,因此 ,建议研制开发专用热处理设备 ,满足运输生产的需要