摘要：某种城轨转向架用弹簧下夹板是用于转向架上固定一系空气弹簧的装置，焊缝布置复杂，焊接过程中会产生较大的焊接变形，直接影响到产品的质量和后序的二次加工。本文通过对弹簧下夹板的结构和工艺进行分析，利用各种工艺措施，来控制其焊接变形，取得了良好的效果。
关键词：城轨转向架弹簧下夹板；焊接变形；控制措施
1、工艺准备
1.1 焊接性分析
弹簧夹板采用的是Q345B中厚板材，根据GB/T1591-2008《低合金高强度结构钢》标准，Q345牌号具有良好的综合机械性能、工艺性能和及低温冲击韧性。该钢缺口敏感性较碳钢大，在有缺口存在时，且易产生裂纹，在加工时应引起注意。根据国际焊接学会推荐的碳当量公式，计算该钢种的平均碳当量为：
CE（IIW）=[C+Mn/6+（Cr+Mo+V）/5+（Ni+Cu）/15]%
＝[0.20＋1.70/6+（0.30+0.10+0.15）/5+（0.50+0.30）/15]%=0.64%﹥0.40%
由碳当量可以看出，Q345B的淬硬倾向大于低碳钢，容易在焊后出现冷裂纹。
1.2 焊接工艺
1.2.1 焊接方法选择：对于Q345B钢板材的焊接，可以选用手工焊条电弧焊（SMAW，111），也可以选用熔化极活性气体保护焊（MAG，135）这两种常用的工艺方法。两种工艺方法有各自的特点，需要根据产品的焊接生产实际进行选择。在弹簧下夹板的焊接之中，选用了MAG的方法，主要因为MAG比SMAW具有以下的优势：1）电弧可见性好，便于观察，焊工操作方便；2）抗锈能力强，热影响区狭窄，变形小，抗裂纹能力强；3）焊缝成型美观、节能、成本低、生产效率高；4）易实行全位置、机械化和自动化作业。
1.2.2 焊接材料选择：1）焊接保护气体的选择：考虑到MAG焊的特点，为减少飞溅，增加焊缝表面性能，决定选用80%Ar+20%CO2。现场使用40L钢瓶供气。2）焊丝的选择：根据与母材等强度和等性能的原则，决定选用GB/T8810- ER50-6，根据GB/T8110-2008《气体保护电弧焊用碳钢和低合金钢焊丝》标准的规定。
1.2.3 焊接设备选择：焊机选用唐山松下YD-500KA 微电脑模糊控制晶闸管CO2/MAG焊机；使用直流反接法进行焊接。
2、焊接变形分析与控制
2.1 变形形式：在弹簧下夹板的焊接过程中，容易出现的焊接变形为以下几类：1）纵向收缩变形：主要是纵向缩短，收缩随焊缝的长度增加而增加。2）横向收缩变形：主要是横向缩短，同一条焊缝中，最后焊的横向缩短最大。3）角变形：主要是是横向收缩变形，在焊缝厚度上分布不均匀造成的。4）弯曲变形：主要是焊缝的纵向收缩变形和横向收缩变形造成的。5）扭曲变形：主要是装配之后的焊件位置和尺寸不符合图样的要求，强行装配，焊件焊接时的位置搁置不当，焊接顺序焊接方向不当造成的。
2.2 变形影响：焊接变形对于产品的影响，主要体现在以下两个方面：1）影响结构尺寸的准确和装配质量。焊接变形必定会引起结构尺寸的 变化，因而影响了结构尺寸的精确，降低了装配质量。2）增加了制造成本，降低了接头的力学性能。当焊接产生的焊接变形超过正常值范围时，需要矫形处理，因而降低了生产效率，增加了生产成本。
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2.3 变形原因：影响焊接变形的因素有很多，主要体现在以下的方面：1）焊缝的位置：焊缝在结构中的位置对焊接变形的影响是很大的。焊缝在结构中的位置不同，焊后产生的变形也不相同。2）焊接结构的刚性：刚性大，抵抗变形的能力大，结构的变形就少，反之亦然。3）焊接结构的装配及焊接顺序：整体装配好后再焊接，一般来说比边装配边焊接的变形要小4）材料的线膨胀系数、焊接方法、焊接参数、焊接方向等对结构变形都有一定的影响。5）在焊缝截面尺寸相同的情况下，多层焊比单层焊的变形小。6）在夹具固定条件下焊缝的变形量，比没有夹具固定时变形量小，但焊件内部将引起较大的焊接残余应力。7）对接接头的角变形与坡口形式和焊缝截面积形状有关，坡口角度越大，角变形越大。
2.4变形控制：在弹簧下夹板的焊接中，必须针对焊接变形的产生原因，有针对性的选择合理的焊接工艺和组装工艺，来保证产品焊后的变形，处在标准要求的公差范围之内。
3、装配与焊接顺序
3.1弹簧下夹板的组焊接装步骤：底板与内圆的组焊：将底板放在平台上，内圆按尺寸要求装在底板上，为防止内圆侧偏，点上一点后，用压紧装置压紧，然后对称点固，接着对焊点打磨，安装上法兰式夹板，将内圆焊缝焊好。2.底板与外圆的组装：焊好内圆的弹簧夹板，按尺寸要求点上外圆，点固后，将四个焊点打磨，即可进行外圆的焊接。在装内圆时，为了保证装配尺寸，我们加工了一个与内圆内径相配合的圆柱，圆柱下部加工成与底板内孔相配合的一个台，在装内圆时，只要将内圆套在圆柱上，压紧点固，即可满足尺寸要求。再将底板上按尺寸要求加工成一个与外圆内径相配合的一个深1mm，宽10mm的槽。装外圆时只需把外圆镶在槽上即可。这样既保证了装配尺寸，又提高了生产效率。
3.2焊接顺序：弹簧下夹板在内圆点固后由两个弹簧夹板底板对底板放在法兰盘式夹具内，用6个螺栓上紧，将其放在一个45度手动变位器上，使焊缝处于船型焊位置。先焊夹板的内圆的第一道焊缝，然后翻过来再焊另一个夹板的第一道焊缝。焊接电流为270~300A，电压为27~30V，气流量为16~20L/min。焊接时一定要将电弧对准焊缝根部，以保证足够的熔深，由于是手动变位器，因此在焊接第一道环缝时，焊工应掌握好焊接速度与手动变位器的速度，旋转时速度不能太快，快了熔深不够，慢了铁水会下淌，一定要手眼配合好。起弧点不能在最高处，如变位器从右往左转，起弧点应在最高点偏右处，反之，则在偏左处。也不能太偏下，这样焊出的的焊缝，不仅表面成型好，而且两侧融合的也好。待两面第一道焊缝焊好后，稍作冷却，焊接内圆的第二道焊缝。第二道焊缝的焊接电流为260~290A，电压为26~30V，气流量为16~20 L/min，焊接过程中略作摆动，以便坡口处更好的融合，且在坡口处稍作停顿，以减少咬边的可能。为方便二次加工，焊缝不宜太厚，将坡口盖满即可。两侧内圆焊完后，将外圆与底板对称点固，点固后对焊点进行打磨，待两侧外圆点固完毕后，可进行施焊，焊法及焊道与内圆一致。采用与内圆相同的焊接参数，因外圆坡口角度略大于内圆，因此焊接速度需稍慢一点。焊接时，略作摆动以便两边很好的融合，待坡口盖满即可，焊缝不宜太厚。焊接过程中，焊缝不得有裂纹、气孔、夹渣等缺陷。完全焊好后，待焊件在室温下完全冷却后拆下法兰式夹具，这样可以有效的控制焊接变形。
3.3焊后处理：由于计算出来的碳当量较大（CE（IIW）=0.64%），该钢具有一定的淬硬性，焊后需要进行热处理，执行《某种城轨焊接构架热处理工艺》，跟随某种城轨型铁路客车焊接构架用罩式电阻炉进行去应力退火。1）热处理工艺参数设定：加热温度设置为600℃，保温时间设置为1.5h左右。2）工件热处理保温时间为1.5h左右。
4、结论
某种城轨转向架用弹簧下夹板在焊接生产过程中，采用了上述的焊接方法和合理的工艺措施，有效的防止了焊接变形，提高了焊接质量，满足了二次加工的需求。生产出的产品完全达到了设计和使用的要求，为企业创造了一定的经济效益。
参考文献：
[1]邹增大 主编.焊接材料、工艺及设备手册（二版）[M]，化学工业出版社，2011
作者简介：张仁水（1962年12月出生），男，江苏南京人，南京浦镇车辆有限公司高级技师，国际焊接技师，主要研究方向：碳钢及不锈钢各种焊接方法的焊接。
论文作者:张仁水,赵长龙
论文发表刊物:《基层建设》2019年第13期
论文发表时间:2019/7/23
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