轉(zhuǎn)向架構(gòu)架用鑄件缺陷焊接修復(fù)技術(shù)研究

吳彩 潘文全

摘 要：轉(zhuǎn)向架作為列車的行走部件對列車的安全有著至關(guān)重要的地位，其中擔(dān)負(fù)著整個(gè)列車支撐任務(wù)的轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的重要性更是不言而喻。轉(zhuǎn)向架構(gòu)架主要由側(cè)梁、橫梁、縱梁、齒輪箱吊座和電機(jī)吊座等部分構(gòu)成。鑄件由于其成本低、易成形的特點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于軌道交通、航空航天和船舶制造等行業(yè)。但是鑄件質(zhì)量的穩(wěn)定性較差，每一批或者每一個(gè)鑄件都可能由于生產(chǎn)過程的小錯(cuò)誤造成氣孔、縮松、夾雜和裂紋等缺陷。所以在鑄件生產(chǎn)和使用過程，缺陷修復(fù)是很重要的技術(shù)。鑒于此，本文對轉(zhuǎn)向架構(gòu)架用鑄件缺陷焊接修復(fù)技術(shù)研究進(jìn)行分析，以供參考。

關(guān)鍵詞：架構(gòu)；鑄件缺陷；焊接修復(fù)

引言

鑄件缺陷問題困擾著每一個(gè)鑄件生產(chǎn)廠家和用戶，找到一種快速、簡便的修補(bǔ)方法具有較好的現(xiàn)實(shí)意義。經(jīng)過本次齒輪箱吊座修補(bǔ)可知，焊接修復(fù)是鑄件修復(fù)的一個(gè)可行方案，焊修所用的工具簡單，能夠在發(fā)現(xiàn)缺陷后隨時(shí)隨地進(jìn)行焊修，從而能夠降低鑄件單件及相關(guān)部件的報(bào)廢率，提高生產(chǎn)效率及經(jīng)濟(jì)效益。

1 鑄件缺陷及原因分析

齒輪箱吊座作為齒輪箱的固定裝置，由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，如果采用鋼板組焊的方案，焊縫多而集中，工藝難度較大，焊后應(yīng)力和焊接變形較大。經(jīng)過對比分析后，選用了綜合性能更具有優(yōu)勢的鑄造齒輪箱吊座。齒輪箱吊座組焊到構(gòu)架上后，在進(jìn)行機(jī)械加工時(shí)發(fā)現(xiàn)部分齒輪箱吊座鍵槽位置有長條形氣孔存在，其寬3mm，深4mm，長20mm。

針對已經(jīng)組焊在構(gòu)架上的齒輪箱吊座，若將組焊后的鑄件完全更換，可能會導(dǎo)致整個(gè)構(gòu)架報(bào)廢，若想繼續(xù)使用現(xiàn)有的齒輪箱吊座，對其進(jìn)行局部補(bǔ)焊修復(fù)是最好的、也是唯一的解決方法。

2 焊接應(yīng)用優(yōu)勢

①保障均一性。對焊接機(jī)器人進(jìn)行使用，能夠在一定程度上提升焊接質(zhì)量，能夠焊接工藝就有均一性。焊接期間各個(gè)參數(shù)，如電流、電壓和焊接素對、焊接干伸長度等對于焊接結(jié)果起到?jīng)Q定性作用。通過機(jī)器人進(jìn)行焊接過程中，不同焊縫焊接參數(shù)均屬于恒定的，能夠降低對工人操作技術(shù)的需要。這種情況下，焊接質(zhì)量足夠穩(wěn)定。采用人工焊接方式，焊接速度以及伸長速度都有一定的變化，這就很難實(shí)現(xiàn)焊接質(zhì)量均一性。②改善勞動(dòng)條件。對焊接機(jī)器人進(jìn)行應(yīng)用，工人只需要對工件進(jìn)行裝修，能夠遠(yuǎn)離焊光以及煙霧等的傷害，針對點(diǎn)焊而言，不再使用人工搬運(yùn)方式，減少人員工作量。③提高生產(chǎn)率。機(jī)器人不會出現(xiàn)疲勞現(xiàn)象，因此可以24h持續(xù)工作，隨著高速焊接技術(shù)的應(yīng)用，促使機(jī)器人焊接效率進(jìn)一步增加。④產(chǎn)品質(zhì)量容易控制。使用焊接機(jī)器人，生產(chǎn)節(jié)拍是固定的，能夠按照生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行。⑤能夠縮短工期。對焊接機(jī)器人進(jìn)行應(yīng)用，能夠適當(dāng)縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期，同時(shí)能夠減少設(shè)備投入，實(shí)現(xiàn)小批量生產(chǎn)。機(jī)器惹你和專機(jī)兩者最大的差別就是，機(jī)器人能夠通過程序的修改，適應(yīng)不同形式爹工件生產(chǎn)。

3 焊機(jī)機(jī)器人系統(tǒng)在轉(zhuǎn)向架構(gòu)架焊接中的運(yùn)用

3.1 電氣控制系統(tǒng)

將PHG示教器作為該控制系統(tǒng)的中心，技術(shù)人員借助以太網(wǎng)和PC計(jì)算機(jī)相結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)對機(jī)器人狀態(tài)的控制。PHG示教器是通過在線示教編程技術(shù)，選擇可觸碰示教器，在其上方設(shè)置紅色按鈕控制。當(dāng)通電之后，則可以看到示教器屏幕上顯示出機(jī)器人圖標(biāo)。相應(yīng)控制柜上方設(shè)有間盤，左側(cè)面分別連接電纜，在間盤盒的內(nèi)部存在驅(qū)動(dòng)以及代碼顯示器。在控制柜的內(nèi)部包含了計(jì)算機(jī)控制功能、總線板、I/O板和電弧跟蹤板、焊機(jī)板等，同時(shí)還包含不同操作模式開關(guān)，并且還設(shè)置了不同形式的功能開關(guān)。計(jì)算機(jī)的主要內(nèi)容為CPU主板和FCIF接口板等。

3.2 機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

針對焊機(jī)而言，其使用的最大電流是550A，同時(shí)在相應(yīng)焊機(jī)上方有一個(gè)操作板面，同時(shí)還設(shè)置了相應(yīng)啟動(dòng)開關(guān)，對這一啟動(dòng)開關(guān)進(jìn)行應(yīng)用，能夠促使電壓以及電流達(dá)到顯示。在面板的右側(cè)位置，一共設(shè)置了4個(gè)按鈕，這些按鈕主要被應(yīng)用在焊接材料、焊絲直徑以及焊接方式的選擇上。在相應(yīng)面板上還設(shè)置了相應(yīng)的溫度報(bào)警指示發(fā)光管。在焊機(jī)的側(cè)面位置設(shè)置的水位指示。而焊接的下側(cè)位置有一定的放水開關(guān)。其中焊接電源在焊機(jī)當(dāng)中屬于比較重要的組成部分，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字化和智能化目標(biāo)，這就能夠在一定程度上促使焊接的整個(gè)過程得以滿足。而送絲機(jī)構(gòu)的內(nèi)部分別設(shè)置了2個(gè)壓絲輪以及2個(gè)送絲輪，其中還存在2個(gè)帶頭數(shù)字壓絲調(diào)整手柄。此外，還存在部分附加裝置接頭。清槍機(jī)當(dāng)中主要有鉸刀、清理機(jī)構(gòu)以及噴防飛濺氣動(dòng)機(jī)構(gòu)等。

4 焊接修復(fù)工藝方案

制訂返修方案既要考慮材料的本身性能特點(diǎn)，也需要考慮鑄造件的特點(diǎn)。鑄件材質(zhì)為G20Mn5，是一種低碳低合金鑄件，其化學(xué)成分范圍大致對應(yīng)國標(biāo)中的ZG20Mn與ZG20SiMn（S，P含量要求更低）。該鋼種具有焊接性好、裂紋傾向小、綜合力學(xué)性能優(yōu)異等特點(diǎn)，在軌道交通領(lǐng)域，該材料主要應(yīng)用于牽引電機(jī)中的端蓋、壓圈、懸掛肋及轉(zhuǎn)向架支架等鑄件。

考慮到上述因素，在制訂返修方案之前，按照ISO15614-1—2012標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了工藝評定試驗(yàn)，確保所使用的返修方案切實(shí)可行，根據(jù)缺陷情況、材料屬性和鑄造特點(diǎn)制訂出返修方案。

（1）使用直磨機(jī)打磨去除鑄造缺陷，直至將鑄造缺陷徹底去除，同時(shí)清理焊接坡口及坡口周邊區(qū)域的漆、銹、油污等雜質(zhì)，保持待焊部位20mm范圍內(nèi)無上述污物，并露出金屬光澤。

（4）采用多層多道焊，焊接時(shí)每層焊縫厚度不得超過4mm，多層焊時(shí)建議第1層焊縫采用較小電流施焊，以減小焊縫的熔合比，防止產(chǎn)生熱裂紋。每焊完一層后應(yīng)徹底清除熔渣，發(fā)現(xiàn)裂紋及其他缺陷應(yīng)徹底清除后方可焊接下一層。

5 解決措施

5.1 提升組對精度

從原因分析可以看出，對交叉桿焊接質(zhì)量危害最大的是焊偏及焊縫形狀幾何不連續(xù)。為使焊縫截面成型更規(guī)則，避免焊偏、焊趾厚度突變等，必須保證兩側(cè)焊縫寬度d相等且空間位置相對固定。為提高組對精度，新設(shè)計(jì)了組對通止規(guī)。該通止規(guī)分d1、d2兩個(gè)臺階，d1為最小組對間隙，d2為最大組對間隙。實(shí)際組對檢查以d1部分能通過，d2部分不能通過為合格，

5.2 “爬坡法”優(yōu)化為“下坡法”

為解決“爬坡焊”帶來的不利影響，通過調(diào)整焊接角度及焊接方向?qū)ⅰ芭榔路ā眱?yōu)化為“下坡法”焊接工藝。調(diào)整后的方向如圖8所示，由于改變了焊槍傾角及焊接方向，電弧直接指向熔池，既保證了熔深（1.5～2.5mm），又控制了余高（0.5～2mm）。

6 結(jié)束語

鐵路列車轉(zhuǎn)向架焊接構(gòu)架生產(chǎn)制造過程中一般會預(yù)先采取剛性固定、反變形或者優(yōu)化焊接順序等措施預(yù)防或減小焊接變形，但由于影響焊接變形的因素較多，焊接變形仍難以避免。而且，采用不同的工藝措施，焊后往往會存在不同程度的焊接殘余應(yīng)力。焊接變形會影響工件尺寸精度，甚至達(dá)不到圖樣要求，造成無法裝配和使用的難題。焊接殘余應(yīng)力會降低工件，尤其是焊縫的疲勞性能，從而影響車輛運(yùn)行安全和使用壽命。因此，焊接變形及殘余應(yīng)力是鐵路列車轉(zhuǎn)向架焊接必須考慮及研究的課題。

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