电力机车侧构弦梁组合焊缝焊接工艺改进方案设计「道岔连续梁」

今天带来电力机车侧构弦梁组合焊缝焊接工艺改进方案设计「道岔连续梁」，关于电力机车侧构弦梁组合焊缝焊接工艺改进方案设计「道岔连续梁」很多人还不知道，现在让我们一起来看看吧！

HXD1C型电力机车司机室部件侧构弦梁组合焊缝在试制中采用半自动手工MAG焊，其存在焊接工作量大，焊后易出现未熔合缺陷的问题。批量投产后，为提高工作效率，公司引进了自动化弦梁焊接专机，改进了焊接工艺。本文主要阐述弦梁新旧焊接工艺的异同以及自动化焊接电弧选择和焊接工艺的探究。

HXD1C 型电力机车，机车功率7200kW，是中车集团株洲电力机车有限公司自行研制的交流传动干线货运电力机车；该机车亦是我公司为适应市场需求，由单一生产内燃机车转型生产电力机车的第一款机车，在引进、消化、吸收的过程中克服了重重困难，完成了首台机车的试制工作，并开始批量投产。笔者所在班组主要负责车体侧墙部件侧构弦梁的生产制造，该悬梁长16m，材质为6mm 厚的Q345B 钢。对于该产品在焊接过程中的要点、难点和解决办法本文将逐一陈述。

工艺分析

根据工程图纸，部件侧构弦梁的技术要求如下：(1) 根据EN15085-2，该构件认证等级为CL1。(2) 焊接接头要求须符合EN15085-2。(3) 焊接接头的质量要求须符合EN15085-3。(4) 未注焊缝质量等级为CP C2。(5) 未注焊缝检验等级为CT 3。(6) 按100%比例磁粉探伤。(7) 按100% 比例渗透探伤。(8) 各梁对接焊后，外露表面需磨平整。(9) 焊接部位及周边30mm 以内不能有油漆。

在试制过程中，由于悬梁由五段折弯件拼焊而成，焊接难度大，在焊后易发生如下质量问题。

(1) 图1 所示为弦梁内板对接焊缝的接头类型。其中，Y 形对接焊缝，根部要求全焊透；对接焊缝分布如图2（左视图）所示，因工件组装胎焊接位置限制，内板对接焊缝需分成焊缝1、2、3 分别施焊，焊后进行100% 磁粉探伤。经探伤检查，该焊缝合格率较低，焊接缺陷为未熔合。

图1 接头类型

图2 焊缝分布

(2) 弦梁纵向焊缝（角接焊缝4、5）焊接时采用刚性固定，两名焊接人员分别由梁体中心向两端焊接，运用分段跳焊法施焊；由于是手工焊接，两名焊接人员使用的焊接参数、焊接速度无法完全一致，造成每根弦梁的焊后变形大而不规律，存在波浪和弯曲变形，调修工作量大，工作难度高，难以满足2mm/m 的技术要求，也难以实现有效的批量生产。

原因分析

面对这种组合焊缝焊接出现的焊接缺陷，首先应考虑零件装配因素，装配间隙均匀与否，将直接影响焊缝熔透程度以及和母材的熔合效果。其次是工件组装胎造成的焊接位置受限，焊接顺序不当，在组装胎上，通过胎位翻转可先行施焊焊缝1、2，焊缝3 则必须在工件脱离组装胎后在平台上施焊。并且3 条焊缝的接头部位均为圆弧过渡处，对接头的处理不当势必造成焊接缺陷。此外，焊接操作人员的操作手法、焊枪摆动等操作习惯也可能导致根部未完全焊透。

因此，为了有效解决上述的质量问题，实现批量生产，并综合其他因素提出采用自动化焊接专机（图3），以固化焊接参数、焊接速度，减小焊接变形并使焊后变形相对稳定，同时能提高焊接工作效率，降低调修工作量。

图3 焊接专机

经调研，该设备具有以下优点。

(1) 工作效率高，可由一名焊接人员操作。在实际生产中一人一班即可焊接2 根弦梁，相比原先两人一班焊接2 根弦梁，工作效率提升一倍。

(2) 在焊接过程中，弦梁始终保持刚性固定，焊接变形能得到有效控制；伴随焊枪的行进，液压臂逐个自动打开、收起，整条焊缝一次成形，无焊接接头，焊缝外形美观，不易产生表面缺陷，焊后待焊缝完全冷却，一次性打开所有液压臂，焊接变形为单一的上拱变形，焊接变形相对规则，便于调修作业。

表1 新旧工艺参数对比

注：焊接保护气体为Ar80%CO220%；焊材牌号为CHW 50C3；焊丝直径为1.2mm。

同时，该设备也有以下缺点。电弧追踪不够快速、精准；由于弦梁纵向焊缝为HV 形复合焊缝，两层两道施焊，在焊接盖面层时，当液压臂自动打开，弦梁会因内部应力拱起，造成焊接角度变化，致使焊缝跑偏，焊缝越长，内应力越大，拱起幅度也越大，电弧追踪反应不及时会造成撞枪。

改进方案

为解决弦梁内板对接焊缝的质量问题，根据工艺分析得出的原因逐项提出以下整改措施。

(1) 严格控制装配间隙，要求2mm 并保持均匀。

(2) 在焊缝3 施焊前，必须对焊缝1、2 的接头部位进行打磨，形状要求为平滑过渡。

(3) 固化焊接顺序为1 → 2 → 3 → 4 → 5，也可有效避免出现焊接缺陷。

(4) 焊接操作手法的调整。相对于焊枪直线行进，锯齿形行进的操作方法更容易造成盖面层两侧融合不良；经过实践摸索，采用划圈行进操作方法，可以更加充分地搅拌熔池，但在这一过程中送丝速度不宜过快。

(5) 严格控制焊丝干伸长，在焊缝收弧处应停留1~2 秒，使焊接熔池得到有效的气体保护，避免气孔产生。

通过以上措施，可有效消除焊后出现的未熔合，提高磁粉探伤合格率及焊缝返修率，工作效率明显提升。

并且，为克服自动化弦梁焊接专机的缺点，结合产品试制过程中对工艺参数、技术要求的总结，对该设备进行了以下技术攻关。

(1) 焊接电弧的选择。自动焊可采用松下焊机为焊接电源，来提供普通焊接电弧和脉冲电弧，使用脉冲电弧具有良好的引弧性能、焊接参数有较好适应性，对工件热输入量可保持最低，实现用较粗焊丝焊接薄壁工件，在整个脉冲功率调节区内，焊接飞溅明显减少、焊缝具有良好的抗气孔性能；而使用普通电弧焊接，焊接飞溅明显增多，在连续焊接7~8m 时，焊枪喷嘴、导电嘴即堵满飞溅，需要停止焊接并清理，故优先选用脉冲电弧进行焊接。

(2) 焊接参数的选定。由于母材板厚6mm，接头形式为HV 形，焊接过程中电流偏大易造成焊穿，电压偏大会形成咬边，焊接速度偏低也易造成焊穿，故在产品制造前进行了焊接工作试件的制备与评定，以确定适当的焊接工艺参数。

(3) 自动化设备的操作。在焊接过程中主要出现的问题有焊缝跑偏、焊接气孔、焊穿、撞枪等，对于这些问题，采取了以下改进措施：1) 对焊缝中定位焊进行打磨，形成平滑过渡，避免不规整坡口形式影响前置传感器跟踪的稳定性和跟踪精度，而且不规整坡口在高速焊接过程中可能磨损传感器。2) 在盖面层焊接时，对于由液压臂的打开造成的弦梁上拱、焊缝跑偏、撞枪等问题，需要依靠操作经验解决，在液压臂打开前进行手动调节、上抬焊炬。3) 盖面层少量气孔缺陷，需要严格控制焊丝干伸长，防止因为焊丝伸出过长造成气体保护不良而产生气孔。

工艺比对

从表1 数据可以看出，针对该类长焊缝，全自动MAG 焊相比半自动手工MAG 焊有着明显的优势。由于整个焊接过程采用较大的工艺参数、较高的焊接速度，降低了工件热输入量以减小焊接变形；焊接过程一次成形，焊缝表面成形美观，焊缝质量稳定。

结束语

通过此次改进焊接工艺，运用自动化焊接设备，消除了以往的焊接缺陷，显著提高了工作效率，缩短了焊接作业时间，减轻了劳动强度，为弦梁的批量生产加快了进度，并有效提高了我公司HXD1C 型电力机车的产能。

作者简介：戴立峰，高级电焊技师，常州市技术能手，技能专家。拥有28 年

机车司机室，冷却室等重要部件焊接经验。曾主持7G司机室组焊攻关，4400 机车空滤箱焊接变形控制攻关，高速动车铝合金车门焊接攻关等多项技术攻关。

——摘自《钣金与制作》 2020年第7期