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焊接体系培训
术语
1、焊接性能等级
根据焊接接头的应力等级和安全等级定义的焊接接头的性能要求。
注:
焊接性能等级缩写为“CP”(性能等级)。
表1焊接性能等级
2、焊接检查等级
对指定的焊缝进行焊接性能等级检查的定义。
注:
焊接检查等级缩写为“CT”(试验等级)。
3、客户
负责定义焊接产品的技术要求、质量要求和验收程序的组织机构。
4、制造商
从事下列工作的组织机构:
-利用焊接设备制造或维护(包括修理)铁路车辆或铁路车辆零件,包括铸件的完工焊接-鉴定标准CL1、CL2或CL3(见EN15085-2);
或:
-设计焊接铁路车辆或焊接铁路车辆零件,或者购买装配到铁路车辆上的焊接零件或销售装配到铁路车辆上的焊接零件-鉴定标准CL4(见EN15085-2)。
表2认证等级
表3(标准性内容)对焊接企业的要求
5、应力等级
由应力因数确定的等级。
注:
有关低、中、高应力等级的进一步详细信息,见EN15085-3。
表4应力等级
6、应力因数
接头类型的计算疲劳应力与经过适当安全因数调节的容许疲劳应力之比。
7、容许疲劳应力
采用焊接组件特定系数的材料可用的最大应力。
8、安全等级
定义单个焊接接头因疲劳对人员、设备和环境的影响造成的后果。
注:
有关低、中、高安全等级的进一步详细信息,见EN15085-3。
9、应力等级和应力因数
应力等级是根据表4由应力因数确定的。
应力因数是接头类型的计算疲劳应力与经过适当安全因数调节的容许疲劳应力之比。
容许应力的数据标准和数据源应在客户与制造商,必要时还应与国家安全部门协商达成一致。
在本文件中,应采用有关铁路车辆制造的欧洲标准,例如EN12663、EN13749。
另外,也可以采用国家标准。
10、安全等级
安全等级定义单个焊接接头因疲劳对个人、设备和环境的影响造成的后果。
安全等级的区分如下:
低:
焊接接头的疲劳不会对综合功能造成任何直接的损害。
不可能造成人身伤害的重大事件。
中:
焊接接头故障导致总功能的减弱,或者可能造成人身伤害事件。
高:
焊接接头故障导致人身伤害和总功能下降的重大事件。
如果合同中有要求,设计人员对每个焊缝安全等级的验收应经过客户和/或国家安全部门的批准。
为了确定安全等级,还应考虑到附录G。
表5焊接性能等级与检查等级之间的对应关系
表6应力等级、安全等级、焊接性能等级、缺陷质量等级、检查等级和试验之间的关系
11、焊接接头的设计
11、1概述
应当避免截面上有尖锐边缘和形状剧变的焊接接头。
应当尽量不要干扰作用力的走向。
如果可能,各焊接件的中心线应当重合在一个点上。
焊缝也应避免处在应力高的部位。
如果做不到这一点,应计划采用更高一级的检查要求。
在基体材料和焊接材料的可焊接性方面,应当遵守制造商提出的要求和建议。
对于在厚度方向上存在应力的钢部件,应根据EN1011-2采取合适的设计措施,且应选择厚度方向上具有所需减薄量的材料。
计算时应考虑打底焊(焊接熔池的永久性衬垫)。
铝接结构的打底焊最好是槽状的。
对于铝或钢结构的T型接头,有必要使用带有坡口的打底焊,例如单面坡口对接接头。
应通过合适的焊接设计确保防腐保护,例如完全焊透焊缝。
部分焊透或间断焊缝应当采用充分的防腐蚀措施。
需要打钢印的地方,应当在图纸上标出其位置。
为了减少变形,焊接接头应沿组件中心线或相对中心线对称布置。
组件的设计应当便于焊接或检查。
应当避免接头的堆积。
如果需要,可以使用锻件或铸件。
应避免在受拉梁翼上采用横向焊缝连接附属零件。
在冷变型钢或铝及铝合金材料的热影响区,计算时应当考虑到强度的下降。
应当避免一个组件上既有焊接接头又有螺栓或铆钉固定接头。
电阻点焊的要求见附录F。
11.2冷成型区域的焊接
对于CENISO/TR15608分组的1.1、1.2和1.4组的材料,其冷成型区(包括5×t的相关表面)只允许对鉴定等级为CL3的结构进行焊接。
而鉴定等级为CL1和鉴定等级为CL2的结构,只有在满足下列条件时才能进行焊接:
-弯曲后或焊接之前已进行过热处理(正火),
-符合表7中的条件(金属板材的弯曲半径与厚度比)
表7(钢材)冷压成型部位的焊接
11.3制造规定
11.3.1箱梁
对于带有受拉梁翼(受弯曲应力作用)的箱形截面焊缝,只有通过计算表明,腹板刚度达到焊根处的应力等级小于规定值时,才能允许下梁翼上通过单边角接焊缝连接的在一起的梁腹组件。
图1所示为受拉梁翼高拉伸应力等级的箱梁。
图例
1箱形截面梁
2受压梁翼
3受拉梁翼
图1-具有受拉梁翼处于高应力等级的箱梁举例
11.3.2不同厚度零件的对接焊缝
不同厚度零件的各种截面之间应当采用逐渐过渡,其坡度不应超过图2中所示值。
如果焊缝厚度不足以实现过渡的,应当对厚度较大的零件采用倒角处理。
尺寸单位:
毫米
对于CPC3和CPD比例为1:
1
对于CPA、CPB、CPCl和CPC2的焊缝,比例为1:
4。
接头的准备如图所示。
坡度<1:
1表示角度<45°,坡度<1:
4则表示角度<14°。
图例:
1坡度
倒角处的补偿准确度。
焊缝外形应与坡口协调一致。
图2-零件厚度不同的对接接头
11.3.3塞焊和槽焊
塞焊和槽焊只允许用于仅存在有剪切应力,且且焊接性能等级为CPC2、CPC3或CPD的焊缝。
柱形槽或长圆孔的尺寸应当允许电焊条或焊炬以最小45°的角接触到焊接处。
在薄型板材上,如果孔径大于或等于零件厚度的四倍,长圆孔的长度大于或等于孔径的三倍,则应当满足这些要求。
对于在孔内或槽内的角焊,应当遵照以下的特性:
对孔或槽进行角焊时,应遵守下列特性:
—孔径应当为:
d>(3至4)×t2或-槽宽应当为:
c>3×t2。
图3-塞焊和槽焊焊点的焊接可达性
尺寸以毫米为单位
孔内角焊槽内角焊
d最小为12;c最少12;v≥d;3×d≤e≤4×d;l≥2c
图4–塞焊和槽焊的尺寸
11.3.4两个接头的相临性
焊缝的位置应当使热影响区之间保持不交叠。
只有在设计中考虑到了对热处理或硬化区域的作用效应(例如残余应力、强度下降、硬度降低)的情况,才允许出现热影响区的交叠。
为了减少角变形和应力的形成,两个接头之间的最小距离应根据连接部件厚度和组件夹紧装置的布置来确定。
厚度小于20毫米时,尤其是铝材或高强度钢,推荐相互之间至少应保留50毫米的熔化区,见图5。
尺寸以毫米为单位
图5–熔化区之间的最小距离
11.3.5焊接到纵向焊缝上的加强衬板
角焊穿越对焊时,应避免在部件上出现开口。
这些部位上的多余焊接材料应进行打磨,以保证在焊接时不会由于交叉焊缝而中断。
图6-与纵向焊缝垂直固定的加强衬板
11.3.6焊料和排料口
应当避免出现排料切口。
如果需要有排料口,那么开口应当足够大,从而周围可以被密封焊缝所环绕,不会在连接焊缝的热影响区内形成应力。
r符合EN1708-2,但最小为30毫米
d≥20mm
图7-焊料和排料口
11.3.7角撑板端和加强衬板端
图8和图9所示是角撑板端和加强衬板端的设计举例。
为了使焊缝回到起点的正常条件下,角撑板端和加强衬板端的设计应如图8所示。
尺寸以毫米为单位
r符合EN1708-2,但最小为30毫米
图8-角撑板和加强衬板端的设计
在承受高应力作用的组件上,应当对角撑板进行连续焊接。
11.3.8角撑板的形状
影响受应力零件(动态加载零件)的多数失效都是因与形状有关的问题引起的,这些问题不但不能很好地引导应力,还能引起应力的集中。
图9-角撑板的形状
11.3.9焊缝返回至起点
焊缝的走向应当环绕着角撑板端。
如果可能,在长度L上应没有断焊现象,l至少等于2t。
a)通常无论焊缝性能属于何种等级,都应避免板端出现腐蚀问题;
b)在高应力的边缘;
c)如果焊缝性能等级为CPC3或CPD,则不一定要求焊缝返回到起点。
l≥2t,其中,lmin=10mm
图例
t板厚
l连续焊接长度
如果能够不出现断焊,那么焊缝应当返回到起点。
图10-焊缝返回到起点
11.3.10角焊
设计角焊时,应当考虑到下列要求:
角焊通常应是二等边形。
如果由于结构原因或需要更好的压力流,在图中,除了规定焊缝厚度a,也应当规定焊角长度z。
角焊的焊缝厚度a不得大于计算值。
然而,为了技术或焊接工程目的,这一值也可以增大。
到边缘的距离v应为:
v≥1.5a+t
图11-角焊时到边缘的距离
厚度小于20mm时,特别是铝和高强度钢,推荐熔化区之间的距离至少保持在50mm以上,见图12。
t2≤t1
lmin=3xt2(5mm≤t2≤20mm,最小为50mm)
截面确定的α应当小于或等于计算得出的αmax。
图12-搭接焊缝的最大搭接距离
11.3.11对接焊缝
对于焊接性能等级为CPA和CPB的焊缝,应当在焊缝开始处和结束处使用引弧板和熄弧板,见图13中的举例。
对于其它对接焊缝,可以使用引弧板和熄弧板片防止在焊道开始处未焊透以及在焊道结束处留下焊接弧坑的现象的(见EN15085-4:
2007,5.2.1)。
这些都应在图纸上标出。
引弧板和熄弧板的制作应当保证焊接能在其需要长度以外开始和在需要长度以外停止。
要进行组装的零件以及要“集成”为设计件或组装到焊接零件上的各个最小板材都应属于同质材料。
这些工艺板的准备应当与要焊接接头的板材相同。
工艺板既可以采用机械手段进行固定也可以采用磁力法固定,并可进行焊接。
接头完成之后,引弧线板或熄弧板可以通过机械手段除去,也可以利用焊炬或等离子法进行切割。
去除这些工艺板之后,应当进行纵向打磨。
严禁撞击,以免造成破损。
图13–对接焊缝的引弧板和熄弧板
11.3.12夹紧接头
冷裂纹和热裂纹是造成许多失效的原因。
设计人员应该知道,夹紧焊缝容易造成(残余应力)两种裂纹的发展。
因夹紧引起的残余应力的增大可能会导致焊接接头出现冷裂纹和热裂纹。
由于残余应力可能导致发生以下问题,因而应避免几种特定的组件:
-在厚板材上焊接棒材和厚壁管材过程中,不能在图14(a)中的正常收缩位置进行焊接;
-焊接小型厚板材(加强板)时,需要保持如图14(b)其形状;
-将肋条焊接到厚壁管材上时,需要保持如图14(c)其形状;
-焊接两个最后组对的零件时,应保持其形状。
图14–夹紧接头
为了避免出现裂纹的危险,角焊应当根据要对接板材的厚度保持最小的焊道截面。
11.3.13混合组合件
应当避免组件中只有一个部件受到应力作用的情形。
焊接与螺栓固定的组合件不能得到应力传递的补偿,或不能降低焊接收缩产生的应力。
在这种情况下,只有焊缝承受应力。
因此承受周期性应力的混合组件上,焊缝可能是出现疲劳裂纹的原因。
所以计算值应单独用于焊缝。
图15–混合组合件
11.3.14腐蚀防护问题
必要时,为了防止出现与腐蚀现象,设计人员应当通过焊缝返回到起点和/或背面焊接或者使用密封剂保证焊缝背面的封闭。
图16-腐蚀部位
11.3.15焊趾-焊缝形状改善
组焊完成后进行加工的目的是改善焊缝的疲劳特性。
这种改善可能包括延长使用寿命(对于一定的应力级而言)或提高疲劳极限(对于一定的使用寿命而言)。
峰值应力的降低是通过减小焊道几何形状的应力集中(切口效应)实现的,最重要的实例是角焊的焊趾焊道。
对焊缝进行焊趾改进工作应当在工艺程序中规定,对于允许应力影响结果的应当由设计人员进行验证。
如果焊趾需要进行研磨,研磨深度k应当≤0.3毫米,半径r应当≥3毫米,见图17。
打磨方向应与主应力方向一致。
对接接头
T型接头
图17-焊趾的改进
11.3.16减小残余拉应力
11.3.16.1概述
为了减小残余拉应力,可以进行预应力处理,例如,冷作硬化或通过热处理消除应力。
11.3.16.2预应力冷作硬化的参数和特性
冷作处理参数和特性应征得客户同意。
使用冷作处理时,应当考虑到下列问题:
-适合工作的钢丸材质(型号和尺寸);
—焊接范围和热影响区。
钢的压缩残余应力的推荐值如下:
-表面下0.1毫米处大于260Mpa;
-0.5毫米深度处大于或等于50Mpa。
11.3.16.3减少残余拉应力的热处理方法
对于焊后热处理、正火处理或消应力处理的方法,应采取所有的措施以减少最终变形,或防止产生冷矫直。
特定的处理条件应当在相关图纸上标出或在相关的文件中提出。
该文件应当列出:
—加载时炉中的最高温度;
—平均升温速率;
—零件在处理温度下保持的时间;
—处理温度;
—最大冷却速度;
—从热处理炉中取出零件时的温度;
—零件从热处理炉中取出后的冷却条件。
应当对温度进行记录,例如,用经过校准的高温记录仪。
14.3.17间断焊缝
间断焊缝的最小焊缝长度应为:
-最大厚度<10毫米时:
最小长度l>5×最大厚度,但至少为:
钢20毫米,铝合金30毫米;
-最大厚度>10毫米时:
最小长度l>3×最大厚度,但至少为50毫米,见图18。
图18-断续焊缝
11.4接头的准备
接头准备应当由制造商根据ENISO9692-1、ENISO9692-2、ENISO9692-3进行规定。
图纸上的标注应当符合EN22553的要求。
另外,还必须有以下信息:
-应当在图纸上标出符合本欧洲标准的焊接性能等级。
如果一张图纸包含不同的等级,应在焊缝附近标出。
对于电阻点焊焊缝,另外还应按照表F.3另外标明表面质量;
-根据EN15085-2,每个部件的鉴定等级CL1至CL3应当在图纸上标出或在零件清单中列出。
等级取决于部件的最高焊接性能等级。
EN15085-2:
2007附录A的举例,可用于部件按照鉴定等级进行划分;
-应当在图纸上标出焊缝形式、焊缝厚度和焊缝长度(见附录B);
-焊接材料应在图纸上标出并在零件清单或其他文件中列出。
所有焊缝都应在图纸、零件清单或其他文件中利用进行识别。
如果在图纸上未给出许可公差,则可以依据ENISO13920:
1996,以下规定适用:
a)线性尺寸和角尺寸的公差等级为B;
b)直线度、平面度和平行度的公差等级为F。
12、EN15085-4生产要求
焊接技术生产准备
12.1.焊接技术计划资料
12.1.1.总则
在新制造和改造以及维修轨道车辆时,必须由生产商和获得认可的焊接监督人合作制定焊接技术计划资料(见EN15085-2草案)。
类型、范围和提交以及
审阅的时间应由委托人和受托人进行约定。
焊接技术计划资料包含工作计划、焊接顺序计划和检验计划或者焊接说明。
12.1.2.工作计划
对于轨道车辆的生产需要具有以下组件的工作计划:
-转向架(分组、组装);
-底盘(包含分组);
-车身(侧壁、端壁、车顶)
-其他在安全和功能上具有较高要求的部件(例如:
转向轴、制动横梁、电
动机外壳、空心轴传动装置、拉杆铰接、转动销横梁、横向支架)。
12.1.3.其他焊接技术资料
对于成套组件需要焊接顺序计划,例如:
-转向架(摇台、横向支架、包含转动销安装,纵向支架、端梁、转动销横
梁、拉杆铰接、纵向支架和横向支架的组装);
-底盘(包含横向支架、纵向支架、端梁、转动销横梁、拉杆铰接)。
对此允许使用标准化的(适用于不同车辆结构类型的)焊接顺序计划。
可以要求其他计划资料(例如定位计划、维修说明、检验计划、装置和工具
资料、工作安全和健康保护指示、损坏部件的分选计划、电子部件处理的特殊说
明)。
详细内容由主管焊接监督人和/或者客户进行协商。
12.1.4焊接工艺规程
对于焊缝质量类别为CPA级、CPB级、CPC1级、CPC2级及CPC3级的焊缝,需要依据标准ENISO15609-1到ENISO15609-5、ENISO14555或ENISO15620编制相应的焊接工艺规程。
而对于焊缝质量类别为CPD级的焊缝,只有在客户有要求时才有必要。
12.2.工作试样
12.2.1.总则
12.2.1.1.工作试样的目的
如果需要,必须焊接工作试样。
工作试样的目的是:
-用于检验和确保设计符合EN15085-3中规定的要求;
-证明焊接条件满足要求;
-证明焊工焊接技能;
-证明焊缝质量。
工作试样可以同时适用上述多个要点。
12.2.1.2工作试件的制作及试验范围
工作试样是在和焊接部件最终生产时相同的生产条件下制备。
必须在焊接企业焊接监督人的监督下实施并存档。
工作试样应根据ENISO15613制作。
可以单独以试板的形式、样品组件或者和分部件(例如在焊缝延伸方向上)焊接在一起。
工作试样(包含试验范围)应在试验计划中加以说明或者由获得认可的焊接
监督人加以确定。
如果在试验计划中未规定工作试样的试验细节,则依据ENISO
15613执行。
12.2.2.用于试验和确保设计的工作试样
用于证明设计可焊接性的工作试样必须在样品组件上实施,此外用于证明:
-可操作性(设计的产品易于实现焊接);
-材料选择;
-可检验性;
-质量要求
-机械性能(例如:
强度,延展性)。
12.2.3.用于确保焊接过程的工作试样
对于不能根据标准ENISO15614证明的特殊焊缝,该类焊缝,为了确保焊缝的熔合需要制作工作试样。
该试样可以如下:
-对接接头和T型接头未完全熔透的焊缝;
-T形接头处单边坡口HV焊缝。
该工作试样必须满足需要的焊缝质量等级的要求。
12.2.4.用于证明焊工资质的工作试样
对于在焊接时要求特殊的可操作性和系列标准EN287-1或者ENISO9606-2至ENISO9606-5中未作说明的焊缝需要用于证明焊工资质的附加工作试样。
该工作试样的检验根据EN287-1或者ENISO9606-2至ENISO9606-5进行。
如果试样未根据这些标准进行,应由主管的焊接监督人指定。
对于有效期的时间和延长适用EN287-1或者ENISO9606-2至ENISO9606-5。
此外在以下情况下需要用于证明焊工(取决于其专门的任务)资质的工作试
样:
-对于T形接头处的HV或者HY焊缝;
-对于具有多种难度等级的焊接,例如:
三联接头、塞焊、十字接头、挤压型材
的复杂焊接;
-对于复杂条件下的焊接工作,例如维修;
-对于焊接可达性较差的;
-对于焊接性差的材料;
-对于分接管和管接头;
-对于薄板区域的端角焊缝和搭接焊缝(t≤3毫米);
-对于特殊的较高质量要求的焊缝,例如:
根据EN15085-3的焊缝质量等级CPA;
-在使用新的焊工或者操作人员时,例如:
外借人员。
工作试样应在计划资料中列出或者由焊接监督人员指定。
12.2.5.用于证明焊缝质量的工作试样
焊缝质量也可以通过工作试样加以证明,例如:
应考虑以下条件(见EN
15085-3:
2007,章节4.7):
-为了确保检验等级CT2的焊缝质量,如果既无法进行X射线检验,也无法进行超声波检验,则需要制作工作试样;
-工作试样的类型和频率应在检验计划中加以说明;
-工作试样可以从部件上提取,或者从工件延长部分或者类似工件上提取;
-工作试样应根据ENISO15613进行检验;其检验必须进行记录。
13.焊接要求
13.1.总则
下文中列出了轨道车辆和其部件焊接的技术规定。
此外在焊接时应遵守系
列标准EN1011的推荐。
13.2.一般要求
13.2.1.焊接接头准备
1)焊接接头根据图纸或者其他工作文件规定的内容进行准备的。
应遵EN15085-3:
2007的要求。
2)对于动态负载的部件而言,切削面应符合ENISO9013:
2002要求的切削质量。
对于剪切面和冲压横向裂缝而言,切削面必须无缺口和裂纹。
必要时对这些表面进行再加工。
3)引弧板和引出板根据EN15085-3:
2007章节7.3.11。
在t≥8毫米时,
必须具有相同的焊缝准备。
在生产引弧板和引出板时,必须使得可以在焊缝缝隙
之外开始或者结束焊接。
引弧板和引出板或者开始焊接的板材必须和设计中使用
的板材类型相同。
板材必须具有和生产出的焊缝相同的准备。
板材在开始焊接前
可以通过焊接或者通过机械以及磁性辅助工具加以固定。
在完成焊接后,板材既
可以机械卸除,也可以通过气割或者等离子切割加以分离。
在板材卸下后,纵向
区域必须打磨。
不允许出现引弧板和引出板的崩落。
4)如果焊接需要安装辅助装置,必须和设计部分进行磋商。
5)焊缝区域的表面必须无潮湿、污染物,例如:
污物、锈、氧化皮、焊渣、油污和涂料。
在多层焊接时,前一焊道应尽可能满足下一焊道的焊接。
污物、焊渣和其他缺陷必须加以去除。
6)对于在焊接后不再容易接近的区域和搭头连接处采取防腐蚀保护,如果满足
以下条件,允许使用底漆或者涂层:
-如果需要,和客户协商底漆和涂层厚度;
-其指标由设计部门考虑;
-WPQR中指定所使用的底漆;
-符合ENISO17652-1和ENISO17652-2的要求。
7)焊工应很容易看到和接近焊接接头(见章节4.2.4)。
8)焊接之前,任何不符合要求的均应及时通知焊接监督人,例如不合理的焊接
接头、不合适的焊接填充材料和焊接设备。
15.2.2.焊接的实施
1)为了获得满意的焊接质量和机械性能,在焊接的时候须选择合理的焊接方向
和焊接顺序以使得焊接残余应力和焊接变形最小化。
2)在加强筋或者加固件的末端,焊缝必须磨圆。
参见EN15085-3:
2007,章节
7.3.9。
3)如果可以,应尽量在PA位置或PB位置进行焊接。
如果可以,应使用焊接变位器。
4)焊接车间在应焊接期间防止不利的气候影响(例如防风、雨、雪和车间内的
穿堂风)。
5)焊接电流回线(工件夹)直接夹到待焊接的部件上,以便形成较小阻抗的无
缺陷的电气接触。
推荐焊接电流回线尽可能近地靠近焊接部位。
6)在对轨道车辆进行焊接时,车辆上的焊接电流回线应安装在焊接部位的附近。
由于存在因电流击穿形成的轴承受损,禁止将焊接电流回线固定在轨道上。
7)如果需要,应在焊接开始进行前拆卸电池,并对车辆电子设备加以保护,例
如通过拆卸或者电气分离。
8)必须注意防火的必要规定。
9)如果部件在完成焊接工作前必须移动(旋转或者运输),则该部件必须能够
在无塑性变形的情况下承受该负载。
10)如果需要,应根据材料、厚度和部件对焊接区域的预热和中间层温度加以规定。
需要的温度信息在EN1011-2和EN1011-4中作了说明,测量指南在ENISO
13916中作了说明。
定位焊和正式焊接时的预热和中间层温
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