徐桐

（中國鐵路武漢局集團有限公司機務(wù)部，湖北武漢 430071）

1 概述

HXD1B型機車為交流傳動6軸9 600 kW貨運電力機車，2009年新造后，中國鐵路武漢局集團有限公司配屬總計207臺，主要承擔武漢—鄭州、武漢—阜陽、武漢—信陽、信陽—漯河、武漢—株洲、武漢—岳陽、武漢—向塘、武漢—九江、武漢—荊門等鐵路干線貨運牽引任務(wù)。根據(jù)和諧型機車檢修規(guī)程規(guī)定，HXD1B型機車運行120萬km即實行高級修［1-2］。自開展和諧型機車高級修以來，按照檢修規(guī)程規(guī)定對該機型構(gòu)架實施磁粉探傷，陸續(xù)發(fā)現(xiàn)HXD1B型機車構(gòu)架牽引座處存在磁粉聚集現(xiàn)象（見圖1）。2014年總計承修HXD1B型機車高級修131臺，探傷發(fā)現(xiàn)牽引座裂紋82起，故障率達31.3%。

圖1 HXD1B型機車構(gòu)架牽引座處存在的磁粉聚集現(xiàn)象

2 結(jié)構(gòu)原理

HXD1B型機車轉(zhuǎn)向架主要由構(gòu)架、輪對、驅(qū)動單元、一系懸掛和二系懸掛、一系減振器和二系減振器、牽引裝置、制動裝置和轉(zhuǎn)向架附屬裝置等組成。牽引力和制動力通過軸箱拉桿從軸箱傳遞到轉(zhuǎn)向架構(gòu)架［3］。構(gòu)架作為轉(zhuǎn)向架的骨架，主要作用是承受機車車體及設(shè)備的載荷，傳遞機車的牽引力與制動力，引導(dǎo)機車在軌道上安全運行。構(gòu)架牽引座通過牽引裝置連接車體與轉(zhuǎn)向架，承受轉(zhuǎn)向架和車體間的相對運動，有效傳遞牽引力、制動力和車體質(zhì)量，并承受一定的沖擊力［4-5］。

轉(zhuǎn)向架構(gòu)架（見圖2）采用傳統(tǒng)目字形焊接鋼結(jié)構(gòu)，由2根側(cè)梁、2根橫梁和2根端梁構(gòu)成，各梁均為薄板焊接成的箱形梁。側(cè)梁采用直梁結(jié)構(gòu)，并設(shè)置軸箱拉桿座、各油壓減振器座和各止擋座等部件。車端側(cè)的構(gòu)架橫梁為牽引梁，牽引座布置在下蓋板上。

圖2 轉(zhuǎn)向架構(gòu)架結(jié)構(gòu)

3 原因分析

HXD1B型機車牽引線路多且運行環(huán)境復(fù)雜、惡劣，機車牽引裝置承受牽引力及制動力的循環(huán)沖擊，甚至不可預(yù)知的撞擊，存在產(chǎn)生疲勞裂紋的可能，而裂紋極易出現(xiàn)在機械部件性能最薄弱的部位［6］。作為在役機車的檢修，不但要判斷是否為構(gòu)架牽引座新造焊接裂紋，還要判斷是否為運用過程中產(chǎn)生的疲勞裂紋。鑒于此，從構(gòu)架牽引座結(jié)構(gòu)設(shè)計、工藝方案、探傷檢測方面入手調(diào)查分析，探究造成構(gòu)架牽引座故障的原因。

3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計分析

HXD1B型機車構(gòu)架牽引座材質(zhì)為16MnDR，構(gòu)架牽引座由兩部分組成（見圖3）。一部分為牽引座底座，焊接在構(gòu)架牽引梁下蓋板上，作為牽引梁的一部分，該設(shè)計方式一定程度上增加了牽引座整體強度；另一部分為喇叭形牽引座，兩部分通過焊接連接而成，該設(shè)計方式在確保喇叭形牽引座發(fā)生裂損等故障時僅需更換喇叭形牽引座，一定程度上降低了更換整體牽引座的難度。

3.2 焊接方案分析

HXD1B型機車構(gòu)架牽引座兩部分焊接時需開坡口環(huán)形焊縫（焊縫形式見圖3（b）），坡口角度為45°，焊縫深度為20 mm，焊縫與母材要求圓滑過渡，焊縫質(zhì)量等級和檢驗等級為CPB CT2。

焊接時先按照加工孔組裝牽引座，采用氧氣-乙炔火焰預(yù)熱牽引座，預(yù)熱到100～150℃，再均勻定位焊3段，每段20～30 mm，清根定位焊后焊接牽引座，每焊接一層對焊縫進行清根，待焊縫冷卻到150℃后再焊接下一層，工藝要求采用多層多道焊接，共焊接4層9道，焊接位置為PC，焊接參數(shù)見表1［7］。由于蓋面層焊接4道，每道焊縫焊趾位置容易產(chǎn)生不連續(xù)及凹槽。牽引座焊縫均由取得PC位置焊接資質(zhì)證書的焊工進行焊接。

圖3 構(gòu)架牽引座結(jié)構(gòu)

表1 焊接參數(shù)

3.3 探傷檢測分析

構(gòu)架牽引座焊縫采用濕法磁粉探傷方式進行檢測，現(xiàn)有磁痕與焊接裂紋磁痕明顯不同：裂紋具有尖銳的缺口和較大的長寬比（見圖4、圖5），其磁痕一般深而粗大，且濃密清晰；從構(gòu)架牽引座探傷情況可以看出，磁痕是因為蓋面焊時各道焊縫之間的凹陷、咬邊、搭接重疊引起，與裂紋磁痕明顯不同。通過對比圖1和圖4、圖5，可以發(fā)現(xiàn)明顯不同，構(gòu)架牽引座磁痕具有明顯位置性，其形狀和走向多態(tài)化也說明磁痕可能為多焊道引起，初步確定為新造時的質(zhì)量缺陷。

圖4 焊縫金屬裂紋

圖5 焊縫熱影響區(qū)裂紋

機車牽引座出現(xiàn)磁粉聚集現(xiàn)象，優(yōu)選方法是打磨處理，判斷缺陷性質(zhì)，再采取相應(yīng)處理措施。對HXD1B-0348、0353、0337、0789機車構(gòu)架（構(gòu)架編號為0695、0696、0706、0674、0793）牽引座焊縫存在的焊接缺陷進行打磨處理后，判定構(gòu)架牽引座主要存在夾渣、氣孔、焊縫余高不足等問題。

HXD1B型機車構(gòu)架牽引座焊縫設(shè)計為開坡口環(huán)形焊縫，焊縫深度20 mm，焊接完整需4層9道，為保證焊接連續(xù)性，施焊時2人同時進行；氣保焊容易產(chǎn)生焊渣飛濺，且高溫產(chǎn)生氧化皮，每焊接1層需對焊縫清根處理。若焊縫層間清根未處理到位，遺留焊渣將影響下一道焊接質(zhì)量，此為造成焊縫缺陷的原因之一。由于構(gòu)架牽引座特殊的結(jié)構(gòu)，把牽引座焊接到構(gòu)架時只能采用人工焊接方法操作。由于氣保焊作業(yè)時送絲速度、個人焊接手法及殘留焊渣的原因，在不同程度上影響牽引座的焊接質(zhì)量。

4 解決措施

綜合上述原因分析，從和諧型機車轉(zhuǎn)向架高級修人員管理、檢修工藝完善、焊接質(zhì)量卡控等關(guān)鍵環(huán)節(jié)入手，制定一系列針對性措施，提升職工檢修技能，夯實檢修管理水平，確保高級修質(zhì)量穩(wěn)定。

4.1 加強作業(yè)人員管理，確保檢修質(zhì)量

（1）強化人員資質(zhì)管理，提升作業(yè)人員門檻。一是要求從事構(gòu)架牽引座探傷作業(yè)人員需熟悉構(gòu)架結(jié)構(gòu)、裂損機理，能夠掌握慣性裂紋區(qū)域；同時要求作業(yè)者需持有磁粉二級及以上資格證書，作業(yè)過程落實2人復(fù)探制度。二是提高電焊工業(yè)務(wù)技能，考取國際資質(zhì)“111”或“135”電焊操作資格證。為形成構(gòu)架牽引座焊修能力，提高電焊工水平，節(jié)約檢修停時，組織做好電焊工外培取證工作，先后多人取得國際資質(zhì)“111”或“135”電焊操作資格證。

（2）加強培訓(xùn)，提升作業(yè)人員質(zhì)量意識。一是加強宣傳力度，強化安全第一的思想意識，定期開展全面落實工藝專題教育和考核。二是結(jié)合優(yōu)化探傷、焊接人員的選擇和強化綜合素質(zhì)，將構(gòu)架牽引座典型故障案例集中，加大人員培養(yǎng)力度，定期開展探傷、故障修復(fù)訓(xùn)練，有效提高探傷、焊接人員的責任心和技術(shù)能力，切實提高操作水平。

4.2 完善檢修工藝，規(guī)范提升檢測水平

（1）完善HXD1B型機車構(gòu)架牽引座探傷工藝，明確構(gòu)架牽引座采用濕法磁粉探傷方式，探傷前先均勻噴涂反差增強劑，提高發(fā)現(xiàn)缺陷能力；必要時輔助其他檢測手段，確保有效保證構(gòu)架牽引座檢測質(zhì)量。

（2）制定HXD1B型機車構(gòu)架牽引座焊接修復(fù)工藝，界定焊接修復(fù)范圍，明確焊接修復(fù)方法、人員資質(zhì)、焊接參數(shù)等，規(guī)范焊接修復(fù)作業(yè)。

（3）改善職場作業(yè)環(huán)境，確保工藝落實。HXD1B型機車構(gòu)架探傷采用翻轉(zhuǎn)架固定構(gòu)架，構(gòu)架翻轉(zhuǎn)后使構(gòu)架牽引座處于便于開展探傷檢測的合適位置，有利于操作人員進行磁粉檢測；同時配置合適高度臺階，便于探傷操作人員開展探傷作業(yè)。

4.3 加強質(zhì)量卡控，保證焊接質(zhì)量

（1）對構(gòu)架牽引座檢修工序重新進行風險研判，將構(gòu)架牽引座探傷、故障修復(fù)納入質(zhì)量關(guān)鍵工序管理；每月對檢修工藝、范圍執(zhí)行情況跟蹤寫實，確保檢修工藝、范圍制定的符合性、有效性，包括查找職工教育、工裝機具及檢修設(shè)備管理、材料管理和質(zhì)量檢驗工作等方面存在的問題，制定措施，持續(xù)改進；每年組織進行不少于1次的能力評審或再評審確認，對關(guān)鍵工序人、機、料、法、環(huán)、測等關(guān)鍵因素再確認。

（2）HXD1B型機車構(gòu)架牽引座日常檢修督促落實好“三檢一驗制”（自檢、互檢、專檢、驗收），發(fā)現(xiàn)構(gòu)架牽引座存在質(zhì)量問題時，要求對焊縫磁痕進行修磨處理，邊打磨邊探傷檢測，余高不足時對焊縫預(yù)熱、補焊、精整處理；焊接質(zhì)量滿足EN ISO 5817：2003《鋼、鎳、鈦及合金的熔焊接頭（束焊除外）缺陷質(zhì)量等級》要求。

5 結(jié)束語

中國鐵路武漢局集團有限公司自承修HXD1B型機車以來，修復(fù)構(gòu)架牽引座百余個，建立有效的質(zhì)量卡控體系，嚴把質(zhì)量關(guān)，確保機車構(gòu)架檢修質(zhì)量；同時做好修復(fù)機車構(gòu)架質(zhì)量追蹤，高級修機車上線運用后無不良質(zhì)量信息反饋。中國鐵路武漢局集團有限公司形成了HXD1B型機車構(gòu)架牽引座修復(fù)能力，提升了檢修水平，確保了檢修質(zhì)量，壓縮了檢修停時，有效節(jié)約了檢修成本，確保了和諧型機車的運用安全可靠。