厚板搭接全焊透T型接头结构优化及焊接工艺开发

甄舒 ,张林儒 ,李业雄 ,王君 ,沈洪娟

（中车长春轨道客车股份有限公司，吉林 长春 130062）

摘要：为满足结构强度要求，庞巴迪型构架端部信号收发装置安装端板的焊缝设计为全熔透，由于该部位为厚板搭接双侧接头型式，组件装配关系又不利于实现全熔透，工艺上无法满足设计初衷。经过焊接接头结构的合理优化，使得全熔透得以实现，并结合实际工况进行了相应焊接工艺的系统开发，有效地满足了设计结构强度要求、保证了焊接质量，同时有利于构架产品质量控制。

关键词：全焊透、接头结构优化、焊接工艺开发

0 引言

庞巴迪型构架某地铁项目侧梁端板与一系弹簧座板为“半搭接半悬空”+“偏心组合”结构（图1），斜对角双面焊，要求焊缝全熔透。由于端板和座板本身厚度较大，且装配时无组对间隙，常规MAG焊接操作条件下无法保证焊缝全熔透，对焊接产品质量以及构架整体结构强度造成不利影响。本文针对上述情况，以业内相关设计标准为依据，对上述焊接接头结构进行了科学优化，并结合实际工况，完成了相应焊接工艺的开发，包括端板辅助定位装置设计等，为构架最终产品质量提供有效保证。

      

图1 端板与座板装配关系          图2 初始焊接接头结构

1 初始焊接接头结构

端板与座板间的焊缝为T-Joint s20HV/a5，图2为初始焊接接头结构，端板厚度32mm、坡口深度18mm、坡口角度50°、钝边厚度1（-0.5，+0.5）mm，座板厚度26mm，无组对间隙，此种条件下，极难实现s20HV焊缝全熔透。

2 焊接接头结构优化

为在常规MAG焊工况下实现焊缝全熔透，根据ISO 9692-1、EN 15085-3相关条款中推荐的焊接接头类型及其尺寸情况（图3、图4），对上述端板与座板间焊缝的初始设计结构进行优化[1-2]。针对端板钝边厚度1（-0.5，+0.5）mm的情况，相应增加2mm组对间隙，优化后的焊接接头结构如图5所示。此种接头结构，采用合适的MAG焊接工艺，可以大大提高焊缝全熔透合格率。

图3 ISO 9692-1焊接接头设计要求

图4 EN 15085-3焊接接头设计要求

                       

图5 优化后的焊接接头结构           图6 端板组对辅助装置

3 焊接工艺开发

综合考虑焊接接头的组对形式、坡口深度、坡口角度、组对间隙以及实际工况中的工装结构、焊后侧梁部件的整体尺寸控制等因素，设计开发了端板与座板T型接头焊缝s20HV/a5的焊接工艺，并全部通过了试验验证。

3.1预制焊接反变形

为保证焊后侧梁总长度以及端板垂直度均能满足设计尺寸及公差要求，端板组对到座板时要预制1.5mm焊接反变形。考虑到此接头“半搭接半悬空”+“偏心组合”的结构，组对操作难度较大，因此，根据具体结构尺寸，设计端板组对辅助装置（图6），便于实际操作，同时利于产品质量控制。

3.2 MAG焊接工艺参数

按照EN 15085-4、EN 1011-2等标准相关项点要求，结合实际工况，设计焊缝s20HV/a5焊接工艺如下[3-4]：正面5层11道焊+背面2层2道焊，背面清根，焊接位置PC+PB，预热温度125℃，焊接电流240A-270A，焊接电压24.5V-28V，焊接速度4.3mm/s-6.6mm/s。

4 结论

试验证明，经过优化的焊接接头结构从根本上提高了T-Joint s20HV/a5焊缝全熔透的可操作性和成功率，为焊缝达到设计要求提供了有力保证；针对上述接头的焊接工艺开发在有效保证焊缝焊接质量的前提下，显著提高了组对精度、工作效率，同时降低了劳动强度。

参考文献：

[1] ISO 9692-1, Welding and allied processes--Types of joint preparation[S].P9页 第2.8条.

[2] EN 15085-3, Railway applications-Welding of railway vehicles and components-Part 3:Design requirements[S].P35页 第10d条.

[3] EN 15085-4, Railway applications-Welding of railway vehicles and components-Part 4:Production requirements[S].P6页 第4.1条.

[4] EN 1011-2, Welding--Recommendations for welding of metallic materials--Part 2:Arc welding of ferritic steels[S].P15页 附录C.

作者简介：甄舒（1985-）,女，高级工程师，主要从事轨道车辆转向架焊接工艺方面的研究，已发表学术论文6余篇；

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