机车车辆生产焊接工艺分析.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2024 年 01 月 03 日 作者简介：李灿钦（1985），男，汉族，广西贵港人，本科，结构车间主任，研究方向为工业车辆结构件的机加和焊接工艺研究。-179-机车车辆生产焊接工艺分析 李灿钦 叶 文 柳州柳工叉车有限公司，广西 柳州 545000 摘要：摘要：随着交通运输行业的快速发展，机车车辆的应用更加广泛，其使用和生产需求日益提升。焊接作为机车车辆生产制造的重要工艺，其质量直接影响机车车辆的结构强度、耐久性和可靠性。本文结合焊接工艺在机车生产过程中的作用及工艺概述，分析机车车辆焊接工艺中常见的缺陷，探讨机车车辆焊接工艺的优化策略，旨在为有关人士提供有益借鉴和参考。关键词：关键词：机车车辆；生产线；焊接技术；焊接质量管理 中图分类号：中图分类号：TG44 机车车辆作为现代交通体系中的关键组成部分，是城市连接和货物运输的重要交通工具。随着城镇化建设的不断深入，对交通运输的需求不断增加，而机车车辆作为快速、高效、可靠的交通工具，其地位变得愈加重要。科技的不断进步和社会需求的变化也对机车车辆的设计、制造以及性能提出了更高的要求1。焊接作为机车车辆制造中不可或缺的工艺，负责将各种部件和结构元素牢固连接，以确保机车车辆在运行中的安全性和稳定性。由于机车车辆结构较为复杂，焊接工艺必须在连接强度、耐久性和整体质量方面不断优化达到更高水平2。因此，深入研究机车生产焊接工艺存在的问题，进一步优化焊接工艺对于提升机车生产质量和效率具有重要意义。1 机车车辆焊接工艺概述 机车车辆的构成涉及各种结构部件，这些部件需要通过焊接工艺进行有效连接，以构建出完整而稳固的车辆结构。机车车辆焊接工艺在整个制造过程中具有至关重要的地位，其选择和应用直接关系到机车车辆的安全性、可靠性和经济性。1.1 焊接工艺在机车生产过程中的作用（1）连接结构部件 机车车辆作为复杂的交通工具，其结构涉及众多多样化的部件，如车架、转向架、车体等。这些结构部件需要通过焊接工艺巧妙连接，以确保整体结构的牢固性和稳定性。焊接在这一方面不仅仅是简单的连接，更是在细微之处发挥着决定性的作用，确保各部件的协同工作，为整车的安全运行打下坚实基础。（2）形成薄壁结构 现代机车车辆设计趋向轻量化，大量采用薄壁结构以实现减重的目标。焊接工艺在这一趋势中发挥了关键的作用，为形成这些复杂的薄壁结构提供了高效、灵活的手段。通过精密的焊接技术，可以在维持结构强度的同时，实现车辆整体质量的降低，提高燃油效率和运行效能。（3）提高材料性能 焊接不仅是一种连接手段，更是一种提升材料性能的工艺。通过合理的焊接过程，可以提高材料的整体强度、耐腐蚀性和耐疲劳性等关键性能。这对于机车车辆来说至关重要，因为它们经常面临着恶劣的运行环境和高强度的使用条件。通过焊接工艺的优化，机车车辆制造者能够确保材料在各种挑战性条件下保持稳定性，延长使用寿命并提高整体性能水平。1.2 焊接在机车生产中主要的应用部位和工艺（1）机车车架 机车车架是机车车辆中承载重量和传递动力的主要部件，因此对焊接接头的强度有着较高的要求。电弧焊、等离子弧焊和激光焊都属于熔焊方法，它们都能够实现较高的焊接强度3。值得注意的是，随着技术水平的提升，激光焊以其焊接速度快和焊接质量高等优点，在机车车架的焊接中的应用愈加广泛。（2）转向架 转向架在高速行驶过程中会受到振动和冲击，因此对焊接接头的耐疲劳性能有着较高的要求。电弧焊中国科技期刊数据库 工业 A-180-和等离子弧焊作为熔焊方法，能够实现较高的焊接接头强度和韧性，从而满足转向架焊接接头的耐疲劳性能要求。（3）车体 车体需要具有良好的密封性和耐腐蚀性能，以防止雨水和腐蚀介质侵入。电弧焊、等离子弧焊和激光焊都是熔焊方法，可以实现良好的焊缝密封性和耐腐蚀性能。其中，激光焊具有焊缝熔深小、热影响区小等优点，在车体焊接中得到了广泛应用。（4）其他部件 机车生产中其他部件的焊接工艺根据具体部件的材质、形状、尺寸和焊接要求等来选择。例如，车轮一般采用电弧焊或等离子弧焊进行连接；制动系统中的各种部件一般采用电弧焊或气焊进行连接；传动系统中的各种部件一般采用电弧焊、等离子弧焊或激光焊进行连接。2 机车车辆焊接工艺中常见的缺陷 2.1 焊缝裂纹 焊缝裂纹是焊接工艺中最严重的缺陷之一，因其会导致焊缝的强度降低，甚至可能导致焊缝断裂。焊缝裂纹主要分为热裂纹、冷裂纹和氢脆裂纹等多种类型。（1）热裂纹：热裂纹是焊接过程中由焊接热引起的焊缝裂纹，主要倾向于在高强度钢、合金钢以及厚板焊接中发生。这种裂纹的形成复杂，通常涉及多个因素的相互作用，比如焊接热量过高、焊接材料的塑性较差等。（2）冷裂纹：冷裂纹是焊接过程中由焊接冷却引起的焊缝裂纹，主要发生在低碳钢、焊接应力较大的焊接接头和焊接变形较大的焊接接头中。与热裂纹不同，冷裂纹的形成更侧重于焊缝的冷却阶段4。导致冷裂纹的原因有很多方面，比如焊接接头的设计不合理、焊接热量过低、焊接材料的塑性较差等。（3）氢脆裂纹：氢脆裂纹是焊接过程中由于氢原子在焊缝中聚集引起的焊缝裂纹。相比于其他裂纹类型，氢脆裂纹主要发生在含氢量较高的焊接材料和焊接环境中。比如焊接材料的含氢量较高、焊接环境中的氢含量较高、焊接过程中的焊接工艺参数不当等。2.1.1 未焊透 未焊透是指焊接过程中，焊缝熔池未能完全填满焊缝根部，从而导致焊缝的强度降低。未焊透的常见原因是焊接工艺参数的选择不当，包括焊接电流、电压、焊接速度等。如果这些参数设置不合理，可能导致焊缝熔池深度不足，无法完全填满焊缝根部。同时，使用熔点较高的焊接材料也可能导致未焊透的问题。由于焊接熔池的温度不足以使高熔点材料完全熔化，焊缝根部可能留下未焊透的空隙。另外，接头设计的不合理也是未焊透的潜在原因之一。如果焊缝根部设计得过窄，焊接熔池可能无法达到足够的深度，也会导致未焊透的缺陷。2.1.2 气孔 气孔是指焊接过程中焊缝熔池中气体未能完全排出，形成的空洞。这种缺陷会显著降低焊缝的强度和韧性，因此，防止气孔的形成对于确保焊接质量至关重要。气孔的形成与焊接熔池的温度密切相关。焊接工艺参数的不当选择，如焊接电流、电压、焊接速度等，可能导致焊缝熔池的温度过高或过低，从而使气体不易排出，形成气孔5。同时，含有气体溶解度较高的材料也容易在焊接过程中释放气体。当熔池不能充分扩散和排出这些气体时，气孔就可能在焊缝中形成。另外，接头设计的不合理也可能导致气孔的形成。2.1.3 夹渣 夹渣是指焊接过程中焊缝熔池中夹带非熔化金属或非金属杂质的现象。夹渣的存在会降低焊缝的强度和耐腐蚀性，因此在焊接过程中需要采取措施来防止夹渣的形成。夹渣的形成主要是由于焊接工艺参数、焊接材料选择以及焊接接头设计等多个因素的影响。2.2 焊接变形 2.2.1 焊接应力 焊接应力是指在焊接过程中形成的焊件内部应力。焊接应力的产生主要受到焊接工艺参数和焊件结构设计的影响。而长期受到应力的作用可能导致焊接部位的疲劳断裂，尤其是在循环加载的情况下更易产生焊接应力。另外，焊接应力会引起焊件的形状变化，导致不良的几何形状和尺寸。2.2.2 焊接变形 焊接变形是焊接工艺中常见的问题，其主要原因是焊接热引起。在焊接过程中，焊件的局部区域经历了急剧升温和迅速冷却的过程，导致焊件发生热膨胀和冷缩，最终引起各种类型的变形。焊接变形对焊件中国科技期刊数据库 工业 A-181-的精度和使用性能产生影响，甚至可能导致焊件失效。焊接变形主要有收缩变形、弯曲变形、扭曲变形等类型。在焊接接头冷却过程中，由于焊缝金属和母材金属的收缩，整体焊件易发生收缩变形。焊接接头的局部区域冷却速率不同，也容易导致焊件发生弯曲变形。而焊接接头的不同部分受到的约束力不同，也容易导致焊件发生扭曲变形。3 机车车辆焊接工艺的优化策略 3.1 优化焊接工艺参数 优化焊接工艺参数是提高焊接质量的关键步骤。焊接工艺参数包括焊接电流、焊接电压、焊接速度、焊接间隙等，它们直接影响焊接过程中的热输入、熔合度以及焊缝的形成。通过合理调整这些参数，可以提高焊缝的质量、强度和美观性。根据焊接材料合理选择焊接电流和电压，以及控制焊接速度，有助于焊缝金属更好地熔合，提高焊缝的强度。适当增加焊接电流和电压可以增加焊缝熔深，提高焊缝填充率。通过优化焊接工艺参数，特别是控制热输入，可以降低焊缝中的残余应力，从而提高焊缝的韧性。减小焊接速度和降低焊接电流有助于减少焊缝的冷却速度，减缓焊缝金属的凝固过程，减小残余应力。通过优化焊接工艺参数，可以减少焊缝中的气孔、夹渣等缺陷，提高焊缝的美观性。合理控制焊接电流和电压，选择适当的焊接速度，有助于减少气孔的产生。此外，优化焊接间隙、防止夹渣的形成，也是提高焊缝美观性的重要措施。3.2 焊接后处理 焊接后处理是焊接过程中的关键环节，它涉及对焊接部位进行清理、热处理和涂层等工作，以确保焊接质量和焊接接头的性能达到要求。（1）焊缝清理；焊缝清理是焊接后处理的首要步骤，旨在去除焊渣、氧化皮以及其他可能影响焊缝质量的杂质。清理方法包括机械清理、刷洗和打磨等，以确保焊缝表面光滑、无杂质。（2）焊缝热处理；焊缝热处理旨在改善焊缝的组织和性能，包括正火、回火等热处理方法。其目的是调整焊缝的晶粒结构，减轻残余应力，提高焊接接头的强度和韧性。选择热处理方法应根据具体的焊接材料和焊接工艺要求来确定。（3）焊缝涂层；焊缝涂层的目的是保护焊缝免受腐蚀和外部环境的影响。根据具体要求，可以采用防腐涂层、防火涂层等。在选择涂层时，需考虑焊接部位的使用环境和工作条件。每个焊接后处理步骤都应根据具体情况精心选择和执行，以确保焊接接头的安全性、可靠性和耐久性。3.3 提高焊接工艺水平 提高焊接工艺水平是优化机车车辆焊接工艺的关键途径。通过加强焊工培训，提高焊工的技能水平，确保他们能够正确、安全、高效地执行焊接操作。为了实现这一目标，应强化焊接作业人员的理论培训，包括焊接原理、焊接工艺、焊接设备、焊接材料等方面的知识。此外，焊工还应该深刻理解焊接的基本原理，了解不同焊接工艺的适用范围和特点。在这一过程中，加强焊接操作技能实践培训也是至关重要的，包括焊接姿势、焊接方法以及焊接质量控制方法等。通过模拟焊接、实物焊接等方式进行实践培训，可以显著提高实际操作技能。需要强调的是，焊工培训应该是一个持续的过程，焊工需要不断更新他们的知识和技能。这包括了解最新的焊接技术和设备，以不断提升整体焊接工艺水平。通过积极参与培训课程，焊工能够保持对行业最新发展的敏感性，并在工作中灵活运用这些知识，为优化机车车辆焊接工艺作出更大的贡献。3.4 采用自动化焊接 采用自动化焊接技术是提高机车车辆焊接质量和效率的重要手段，有助于解决焊接变形等常见问题，显著减少焊接变形，提高焊接质量。自动化焊接系统配备有先进的控制系统，能够实现精确的焊接操作。相较于手工焊接，自动化焊接能更好地控制焊接热量和焊接速度，从而减少焊接变形的可能性。自动化焊接系统能够保持一致的焊接参数，确保每个焊接接头都具有相同的质量水平，有助于提高整体焊接质量，减少焊接缺陷的产生。机器人焊接系统具备高度的自动化程度，能够在短时间内完成大量的焊接工作，从而提高生产效率，特别是在大规模批量生产中。其适应各种焊接需求，包括焊接复杂结构的焊件。机器人的柔性操作能力使其能够在手工难以操作的情况下完成焊接任务。此外，自动化焊接系统的应用有助于减轻焊工的劳动强度。中国科技期刊数据库 工业 A-182-同步，自动化焊接系统通常能够记录大量的焊接数据，这些数据可用于质量控制、质量分析以及日后的改进计划制定等。4 结束语 综上所述，机车车辆焊接工艺是机车车辆制造的重要工艺，其质量直接影响机车车辆的安全性能。通过提高焊接工艺水平、采用先进焊接设备、优化焊接工艺参数和采用自动化焊接等措施，可以有效提高机车车辆焊接工艺质量，确保机车车辆的安全性能。通过不断创新和改进，机车车辆制造中的焊接工艺将能够更好地满足未来对于安全、高效和环保的需求。参考文献 1河田直树,彭惠民.机车车辆制造中的焊接工艺J.国外机车车辆工艺,2015(02):6-10.2H.Bttemeier,王渤洪.机车车辆制造和维修中焊接的质量保证J.国外机车车辆工艺,2001(05):1-4+19.3李定南,黄文杰.机车车辆材料应用现状和发展趋势J.现代交通与冶金材料,2023,3(02):75-80+84.4陈北平,轨道客车转向架焊接先进制造技术体系研发及产业化.山东省,中车青岛四方机车车辆股份有限公司,2020-06-09.5山本宏田,彭惠民.铁道车辆的维修保养与修理焊接技术J.国外机车车辆工艺,2018(06):27-30.