軌道車輛焊接接頭設計簡介

張　政 / 中國中車長春軌道客車股份有限公司 科技管理部

軌道車輛焊接接頭設計簡介

張政 / 中國中車長春軌道客車股份有限公司 科技管理部

車體鋼結(jié)構的連接質(zhì)量直接影響車體性能和安全。文章闡述了軌道車輛普通鋼車焊接接頭的選材與設計，并通過普通鋼車的焊接接頭實例的介紹, 使新設計師掌握焊接的基本技術，為企業(yè)的發(fā)展提供些可借鑒的啟迪經(jīng)驗。

軌道車輛；普通鋼車；焊接接頭設計；焊接接頭應用

我國軌道車輛車體材料主要有普通鋼、不銹鋼、鋁合金三種，目前還有鎂合金等材料，普通鋼車包括碳鋼車和耐候鋼車，本文主要介紹普通鋼車焊接接頭選材與設計。

1 .焊接接頭材料化學成份分析

1.1碳鋼分類

碳鋼又稱碳素鋼，是鐵和碳的合金，碳鋼中除以碳作為合金元素外，還有少量的錳和硅有益元素，以及硫、磷等雜質(zhì)。碳鋼焊接性，取決于含碳量，含碳量高，焊接性就差。

按含碳量的多少可分為低碳鋼、中碳鋼、高碳鋼。按品質(zhì)分，主要是根據(jù)有害雜質(zhì)S、P的含量分，普通碳素鋼、優(yōu)質(zhì)碳素鋼、高級優(yōu)質(zhì)碳素鋼。按脫氧程度分為沸騰鋼、鎮(zhèn)靜鋼、半鎮(zhèn)靜鋼。

1.2低合金結(jié)構鋼化學成份分析

低合金鋼是在碳鋼的基礎上加入少量合金元素，低合金鋼含碳量低，所含合金元素不多，強度高，韌性好，并具有耐磨、耐腐蝕等良好性能，它可焊性好，是一種用途廣、產(chǎn)量大的工程用鋼，鋼材的腐蝕是由表及里的，越是薄板，越要加強防腐，GB/T 1591-1994中低合金鋼鋼號用屈服極限表示。常用的低合金結(jié)構鋼有16Mn、16MnR，用于轉(zhuǎn)向架，車體一般采用耐侯鋼。

1.3碳素結(jié)構鋼化學成份分析

碳素結(jié)構鋼 Q235，有A、B、C、D四個等級。屈服極限σ s與 抗拉強度σ b相同，不同的僅是沖擊試驗，從低溫沖擊性能看，D級優(yōu)于C級，C級優(yōu)于B級，B級優(yōu)于A級，由于Q235C、Q235D價格昂貴，在1996年前經(jīng)運用證明未發(fā)生低溫冷脆者，因此在設計時不選用Q235C、Q235D。

沸騰鋼硅含量不大于0.07％，半鎮(zhèn)靜鋼硅含量不大于0.17％，鎮(zhèn)靜鋼硅含量下限為0.12％.。

具體碳素結(jié)構鋼化學成分見表一。

表一　碳素結(jié)構鋼化學成分

1.4 耐侯鋼化學成份分析

耐候鋼是介于普通鋼和不銹鋼之間的價廉物美的低合金鋼系列，在融入現(xiàn)代冶金新機制、新技術和新工藝后得以可持續(xù)發(fā)展和創(chuàng)新，屬世界超級鋼技術前沿水平的系列鋼種之一，耐候鋼由普碳鋼添加少量銅、鎳等耐腐蝕元素組成，具有優(yōu)質(zhì)鋼的強韌、焊割、磨蝕、高溫、疲勞等特性。

2. 碳鋼車焊接接頭設計

2.1焊接接頭形式

采用焊接方法連接的接頭稱為焊接接頭。一個焊接結(jié)構總是由若干個焊接接頭所組成。焊接接頭分為對接接頭、T形接頭、角接接頭、搭接接頭、十字接頭、端接接頭、卷邊接頭、套管接接頭、斜對接接頭、鎖底對接接頭等十種，其中以對接、T形、搭接、角接等四種接頭用得較多，在選擇接頭型式時，先要知道現(xiàn)場采用的焊接方法，在設計新的焊接接頭型式，最好與工藝溝通，避免返工。接頭型式、尺寸直接反映了一個企業(yè)的技術經(jīng)濟指標，在接頭型式標準中，給出了坡口角度α、根部間隙b的范圍值，以滿足不同企業(yè)的使用，技術水平高的企業(yè)，可以采用較小的坡口角度，省工、省材，經(jīng)濟效益好。

角焊縫.角焊縫是焊接結(jié)構中應用最多的一種結(jié)構形式，角焊縫尺寸代號用a、z表示，兩種尺寸標注，一種即可。

對接焊縫.根據(jù)焊件的厚度、焊接方法和坡口準備的不同，對接接頭可分為：不開坡口、V形坡口、X形坡口、U形坡口等形式，

2.2焊接工藝及鋼板選用

由于低碳鋼是焊接性最好的鋼種，各種焊接方法都在低碳鋼焊接中得到應用，如手工電弧焊、埋弧焊、二氧化碳氣體保護焊、氣焊、電阻焊、釬焊等。鋼板選用范圍為：墻板、中頂板采用2mm厚的耐候鋼板，側(cè)墻、端墻的立柱、橫梁、車頂?shù)膹澚?、縱梁、地板梁采用2.5mm ～3mm厚的耐候鋼板，底架的邊梁、端梁、主橫梁采用5mm厚的耐候鋼板，牽引梁、枕梁上蓋板采用8mm厚的耐候鋼板，牽引梁下蓋板、枕梁下蓋板10mm厚的耐候鋼板，枕梁中心銷墊板采用25mm厚Q235B鋼板。

3.焊接接頭應用

不開坡口2mm厚鋼板的對接。如墻板用手工電弧焊時，采用雙面焊焊接，外側(cè)磨平而激光焊時，采用單面焊焊接，無需磨平。

不開坡口，2.5mm～3mm厚鋼板的對接分以下三種情況：a）受力較小部位，如底架地板梁與底架邊梁、牽引梁的連接，采用單面焊焊接。 b）受力較大的部位，如機組平臺橫梁折彎處連接，采用雙面焊焊接。c) 表面質(zhì)量和強度有要求，如側(cè)頂板，長度方向?qū)?，采用雙面焊焊接。

受力較大的部位，板厚4mm～10mm厚鋼板的對接。根據(jù)焊縫重要性和焊接條件，開采用雙面焊或開坡口形式。如枕梁上蓋板、枕梁下蓋板與邊梁連接，在枕梁端部開坡口,采用單面焊焊接

從受力情況，X型焊縫優(yōu)于V型焊縫，V型焊縫優(yōu)于半V型焊縫，如鐵路客車邊梁，采用X型焊縫，城鐵客車牽引梁采用V型焊縫。

角焊縫施工時，焊條的傾角α≥45°。

4 .結(jié)束語

本文通過焊接接頭實例的介紹, 使新設計師能夠快速掌握焊接的基本技術，軌道車輛行業(yè)的焊接設計是工業(yè)生產(chǎn)的一大領域，我們必須借鑒國際國內(nèi)成熟技術，提高焊接設計與工藝水平。

[1]李秋玲 練松良 城市軌道交通焊接接頭不平順研究與分析[J]石家莊鐵道大學學報2009（03）.

[2]王濤 蘭海婷 軌道車輛焊接結(jié)構工藝性分析的思路與方法.[J]黑龍江科技信息2015（05）.

張政（1965-）男，吉林省長春市人，中車長春軌道客車股份有限公司高級工程師。研究方向：行業(yè)標準審定及企業(yè)標準制定。