关于铁路货车人力制动机制动轴链及各拉链链环焊接工艺的研究

陈多建

摘 要：随着铁路的发展重载高速成为了铁路货车发展的主要方向，但在铁路货车运用的过程中，检修质量不合格的现象仍然存在，提高源头制造质量减少或降低运用故障成为重中之重，而货车厂修又是源头质量的重要的来源之一。人力制动机是指装在车辆制动装置上以人力作为产生制动力原动力的部分。人力制动机的轴链主要起到传递制动力的作用，轴链开焊或裂断会使人力制动机失效，甚至造成配件脱落的C类以上行车责任安全事故，为此本文结合结合检修过程中手制动轴链焊缝开裂和我公司现场检修的情况进行了分析、试验、论证、实施，有效的解决了手制动轴链裂纹及开焊的问题，提高了手制动机轴链链环的检修质量。

关键词： 人力制动机 轴链 链环 断裂 故障处理

一、故障概况

在2020年检修过程中共发现10起手制动轴链链环在拉力试验时断裂故障，在货车造、修源头质量情况中链环断裂也时有发生，故障车型中60T级车6件，70T级车4件，手制动轴链及各拉杆链故障见下表一，故障图片见图一。

从表一可以看出故障中裂断较多，故障问题涵盖的车型中60T和70T均有。综上所述，提高手制动轴链检修质量刻不容缓。

表一 手制动轴裂故障情况

序号	问题描述	备注
1	2020年1月15日,脚踏式制动机链环开焊
2	2020年2月18日，NSW型人力制动机链环开焊
3	2020年4月14日，链式手制动机轴链链环开焊
4	2020年4月21日,NSW型人力制动机链环开焊
5	2020年5月21日，附加杠杆拉杆链开焊
6	2020年7月27日，脚踏式制动机链折断
7	2020年9月8日，NSW型人力制动机链折断
8	2020年9月23日，脚踏式制动机链折断
9	2020年11月16日,固定链条式人力制动机轴链裂6mm
10	2020年11月27日，拉杆链裂

图一 链环开焊及裂断

二、故障原因分析

人力制动机主要分为链条式人力制动机（折叠和固定）、NSW（FSW）人力制动机、脚踏式人力制动机、摇臂式手制动机几种。链条式人力制动机主要组装在60T级的敞棚平集罐车上，链条材质为Q235A；脚踏式人力制动机主要组装在C64K，P64AK，P65上，链条材质为Q235A；NSW手制动机主要组装70T级车及60T与70T之间的过渡车型上，链条材质为20Mn2、20MnV；具体装用车型及轴链材质见表二。

表二 手制动轴链参数表

链环	材质	焊材	装用车型
固定链式人力制动机手制动轴链	Q235A	J422焊条	C62AK、C62BK、C64K（45，48）P62(N)K、P63、P64K、G60K、G70K, N17AK，N17GK，NX17K，X6BK，X6CK
NSW人力制动机	20Mn2	J507焊条	C64K（49），C64H，NX17BK，X6K，P64GK，G70K，C70，C70H，GQ70，P70，NX70（A）
NSW型手制动轴链	20 MnV	J507低轻钠型碱性焊条	C64K（49），C64H，P64GK、C70，C70H，P70
脚踏式人力制动机链条	Q235A	J422焊条	C64K，P64AK，P65

NSW人力制动机手制动轴链链环采用20MnV材质，属于合金结构钢，具有中等强度，冷变形时塑形高，低温性能良好，焊接性能好。 我公司现焊接轴链时采用的是J422焊条，材质与焊条材质不匹配会造成轴链开焊或裂断。

手制动轴链在厂修时所有的羊眼螺栓需要更换，将最后一环链环切割开，换上新的羊眼螺栓，焊接时采用J422焊条，与母材是相匹配的，因电流调节不良时会造成假焊、虚焊与母材未完全融合好，会造成开焊和裂断。

个别人力制动机组装时由于松余量或卷入量不足需要调整链环时切开调整链环后，未严格按照工艺要求整体更换，在现场焊接链环，因链环处于垂直状态，焊接时为仰焊或立焊，加之操作者焊接技能水平不高，责任心不强焊后未检查会造成链环开焊或裂断。

三、对比试验

试验选取母材为Q235A、材质为20Mn2、20MnV的链环，使用焊条J422/J507/J857/ER50-6进行焊接，坡口分三类，不开、开U型、开V型坡口。焊接后送理化室进行拉力试验。具体方案如表三。

表三 焊接试验方案

序号	试验内容	试验目的	焊接电流/坡口	拉力试验结果
1	分别取4条Q235A与20Mn2材质的链环，切开后不焊，进行拉力试验	漏焊情况是否会发生	无/无	未焊的链环Q235A材质被拉开，20Mn2材质的链环从切断的链环被拉断。
2	分别取4条Q235A与20Mn2材质的链环,使用J422焊条焊接后用14.7KN的拉力试验	论证现有作业是否符合14.7KN标准	150A/无	使用J422焊条焊接后用14.7KN的拉力试验结果为合格，没有拉断与开裂。
3	取20MNV材质的3条链环分别使用J422,J507,J857焊条进行焊接，其中J507与J857焊条经过350℃高温烘培2小时。链环焊接后送理化室进行拉力试验	J422 J507 J857焊条焊接后抗拉力试验	150A/无	观察链条未见裂纹。加大拉力当拉力达到18KN时没有拉断及裂纹。
4	Q235A和20Mn2材质的链环分别开V型坡口与U型坡口用J507焊条焊接，送理化室拉力试验	V型、U型坡口试验，验证能否焊透。	150A/ V型/U型	Q235A材质的链环在拉力达到17KN时出现焊缝断裂。20Mn2材质的使用J507焊条当拉力达到70KN时出现断裂，采用J857焊条焊接当拉力试验达到65KN时出现焊缝断裂。
5	分别取3条Q235A与20Mn2材质的链环，分别采用J422、J507焊条、气体保护焊。焊接后进行做拉力试验	J507、J422焊条、气体保护焊，焊接后抗拉力试验	150A/ V型	采用U型坡口的链环在拉力值为51KN时拉断，观察断面发现未焊透，采用V型坡口的链环当拉力值达到75KN时，羊眼螺栓被拉断。
6	切开开坡口的链环焊接处	开坡口后能否焊透		对V型坡口断面切开观察，完全焊透，见图二。

图二 V型坡口断面

四、建议改进方案

结合上述试验可以得出几点结论，一是材质为20Mn2的链环采用J507焊条焊接后的强度与采用气体保护焊的强度相当；二是J422焊条焊接不论是焊接两种材质拉力试验时均在焊缝处断裂；三是两种材质的链环采用J507焊条和气体保护焊均可，强度均能保证，但两种材质都采用J422强度不能得到保证。四是开坡口的链环在焊接时不能采用何种焊接方式均能焊透。根据以上试验结果及现场情况，建采用以下两个方案进行焊接。

方案一 采用J507焊条，焊接电流150A，开V型坡口，需要配备焊条烘干设备，焊条保温桶。该方案投资小，焊后也能保证强度，但焊接时由于是碱性焊条起弧困难，焊接操作很不方便。

方案二 采用ER50-6焊条，开V型坡口。该方案需要配置二氧化碳保护焊接设备，焊后不需清除药皮便于检查焊接情况，同时焊接效率相比J507要提高较多。

无论采取方案一还是方案二都不允许在现场焊接链环，因链环处于垂直状态，焊接时为仰焊或立焊，加之操作者焊接技能水平不高，责任心不强焊后未检查会造成链环开焊或裂断。

参考文献：

1. 中国铁路总公司，《铁路货车厂修规程》，中国铁道出版社，2019年4月第1版

2. 中华人民共和国铁道部，《车辆工程》，中国铁道出版社，2009年5月第三版

3. 中华人民共和国铁道部，《铁路货车制动装置检修规则》，中国铁道出版社，2008年2月第1版