铁路货车焊接工艺设计与发展研究

铁路货车焊接工艺设计与发展研究

常得旭

中车齐齐哈尔车辆有限公司  黑龙江省  齐齐哈尔市  161002

摘要：对于铁路货车制造而言，焊接是一项重要且复杂的工艺，也是目前铁路货车构件的主要连接方式。本文以铁路货车焊接工艺设计与发展研究为题，仔细研究焊缝分类、焊缝接头形式，并且深入了解铁路货车焊接接头的设计与工艺。同时，随着国内外科技水平的提升，为了满足我国铁路货车发展的需求，焊接工艺设计必须更上一层楼，实现技术的创新与突破，推动铁路货车稳步、快速的发展。

关键词：铁路货车；焊接工艺；突破；发展

一、焊缝分类

焊缝是利用焊接热源的高温，将焊条和接缝处的金属熔化连接而成的缝。焊缝金属冷却后，即将两个焊件连接成整体。根据焊缝金属的形状和焊件相互位置的不同，分对接焊缝、角焊缝、塞焊缝和电铆焊等。对接焊缝常用于板件和型钢的拼接；角焊缝常用于搭接连接；塞焊缝和电铆焊应用较少，仅为了减小焊件搭接长度才考虑采用。而焊缝分类则可根据受力情况分为受力焊缝、平行焊缝、横向焊缝、次要焊缝，以下是对这四种类型的分析。

（一）受力焊缝

受力焊缝指的是在一定位置施加一定的载荷，并通过焊缝传递载荷，在传递载荷的过程中如果焊缝断裂，则构件也一并断裂。因此，这种焊缝需要具备和构建一样的强度才可，此类焊接接头被称之为受力焊缝。

（二）平行焊缝

平行焊缝指的是焊缝的受力方向平行于焊缝轴线，焊缝厚度方向只承受剪切应力。对于等焊脚的角焊缝，最大剪切应力位于 45°的焊缝厚度方向。此类焊接接头被称之为平行焊缝。

（三）横向焊缝

横向焊缝指的是焊缝的受力方向为横向或受力方向与焊缝轴线成90度角，在角焊缝中，焊缝厚度方向承受剪切力和正向力( 拉伸或压缩) 。对于等焊脚的角焊缝，最大剪切应力位于 67.5°的焊缝厚度方向上，而最大正应力位于 22.5°的焊缝厚度方向。此类焊接接头被称之为横向焊缝。

（四）次要焊缝

次要焊缝指的是将焊缝零部件简单的连接在一起形成构建，此种情况下，这类焊缝的承受力较小。此类焊接接头被称之为次要焊缝。

二、焊接接头形式

焊缝接头形式有对接接头、十字接头、T 形接头、塞焊接头和搭接接头。这些接头可采用各种坡口形式，如 I 形、V 形、半 V 形、X 形或 K 形、J 形以及 U 形。在两种或多种接头中选择一种接头，一般取决于设计需要，但也应考虑焊接成本。

（一）开坡口

开坡口的板边应使接头各个部位具有良好的接近性，确保整个焊缝截面得到良好的熔透。U 形和 J 形坡口有良好的工作性能，但机加工难度较大而较少采用。广泛采用的是 V 形、K 形或 X 形坡口。

（二）对接焊缝

一般来说，对接焊缝为全熔透焊缝，即与母材等强。采用反面清根后焊接，达到全熔透。非全熔透焊缝，一般熔透深度≥ 2/3t 即可，不需作清根处理，允许未熔透存在。

（三）混合焊缝

混合焊缝是指 T 形接头开坡口对接焊接的一边或者两边外加了一个角焊缝，开坡口部位为全熔透焊缝。

（四）角焊缝

角焊缝是焊接结构中应用最多的一种接头形式。我国机械行业在设计焊接结构时，一般采用焊缝尺寸的经验公式，当焊缝与母材等强时，角焊缝焊脚等于钢板厚度的 3/4。如果被焊的两块钢板厚度不同，则 t 等于较薄板的厚度。

三、铁路货车焊接接头的设计与工艺

（一）提升焊接结构疲劳强度的设计原则

为了有效提升焊接结构疲劳强度，需要根据焊接结构的特点以及实际操作时的结构进行判断，需要考虑以下准则。一：优先选用对接焊缝，尽可能少用角焊缝；二：采用角焊缝时最好用双面焊缝，避免使用单面焊缝；三：采用带有搭接盖板的搭接接头，尽可能不用偏心搭接；四：使焊缝（特别是焊趾、焊缝根部和焊缝端部）位于低应力区（例如弯曲时中性带、承受小弯矩的部分区域、孔边缘上使缺口应力为零的地方、过渡段和转角以外的部位），使各因素引起的缺口效应分散而避免使其叠加。

（二）改善焊接接头

想要通过改善焊接接头来环节疲劳强度，可使用以下几种方式。一：要降低应力集中，通过采用合理的构件形式，减少应力集中，以提高其疲劳强度，避免焊缝的密集、交叉分布。二：避免将焊缝布置在几何突变处或“高应力区”；三：避免在刚性太大处施焊；四：尽量采用应力集中系数小的焊接接头形式对接接头，保证焊接质量；五：通过开缓和槽，使力线绕开焊缝的应力集中处来提高接头的疲劳强度。

（三）提升抗疲劳强度新工艺

将超声冲击装置应用在焊接工艺上，不仅可以改善焊接工艺外形，还能够调节焊接残余应力场，并且还使接头部位尤其是焊趾区表层得以硬化，显著提高了焊接接头的疲劳强度，并且这种新工艺具备操作灵活、噪音低，成本低、效率高的特点，可适用于多种焊接接头。

四、铁路货车焊接工艺发展方向

（一）焊接工艺与产品设计相结合

为了有效提升焊接质量与焊接效率，在未来的焊接工艺发展方向来看，需要从产品设计开始，让焊接操作人员参与进来，包括：材质选择、焊接形式、质检方式等，并且在产品设计过程中充分考虑焊接工艺性，要高度重视疲劳载荷的焊接结构设计，加深对焊接结构性、可靠性的研究，让焊接人员与产品设计人员共同参与设计，从而提升产品研发质量。

（二）加强焊接操作人员培训

随着铁路行业的不断发展，铁路货车制造技术也需要不断创新，这给焊接操作人员的技术水平提出了更高的要求。目前，各车间工人技术水平参差不齐，无法满足焊接产品质量要求。因此，要开展相关技术培训，向客、机车学习相关技术，提高对于技术培训的重视程度，培养出优秀的操作人员，并将其推向更大的舞台。

五、结语

综上所述，焊接工艺设计与发展不仅有利于铁路货车的生产与制造，更是推动铁路行业的发展。本文通过分析焊缝分类、焊接接头形式、以及焊接接头的设计与工艺更深层次的了解焊接这项技术，并且从更深远角度分析焊接技术的发展方向，包括将焊接工艺与产品设计相结合，以及加强焊接操作人员培训，是的焊接工艺能够与时代发展更好的结合。

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