70t级铁路货车17号车钩裂纹原因分析与建议.doc

70t级铁路货车17号车钩裂纹原因分析与建议 应用技术 l■ 70t级铁路货车17号车钩裂纹原因分析与建议 李申 (北京铁路局丰台车辆段验收窜) [摘要]70t级货车装用的17号车钩裂纹故障大量出现,其在结构设计,制造1二艺中存在一些问题,为此针对车钩裂纹故障进行调查统计,并对其 原因进行分析,提出了相关的改进措施和建议.裂纹原因分析:(一)结构设计缺陷(二)车钩的内部缺陷(三)车辆运用工况(四)车钩的焊修缺陷改进 建议:(一)改进结构设计(二)提高铸造质量(三)采取防止焊接裂纹产生的严密措施(四)补充完善检修相关规程. [关键词]17号车钩裂纹原因分析建议 中图分类号:U270文献标识码:A文童编号:1009—914X(2011)O6～031201 170t级铁路货车当前使用情况 70t级货车自2005年投入使用以来,以其自重轻,载重大,可运输的 集载货物范围广,满足120km/h高速重载运行要求,适应翻车机作业,方便 维护与检修等特点,受到路内外人士的一致好评,也适应当前铁路运输快速 发展的要求,得以在铁路系统迅速发展起来.随着运行时间的延长,车辆运 行和使用性能得到考验,其在结构设计和制造工艺中存在的一些问题也逐渐 暴露出来.因此有必要对车钩裂纹尤其是钩尾销孔部位裂纹的原因进行分析, 以便有利于今后的改进和检修. 217号车钧裂纹情况调查 20l0年,段修作业中发现17号车钩裂纹10件,其中钩舌裂纹1件, 钩耳孔处裂纹1件(在钩耳孔护销缘处),钩尾销孔裂纹8件,全部在销孔后 部内侧面90度角以内,裂纹走向与销孔轴线平行,最长裂纹达45毫米,多 数伴有铸造缺陷. 3车钧裂纹形成原因分析 3.1车钩的设计缺陷 60t级货车装用的l3号车钩投入运用已经4O多年,车钩裂纹也时有发 生,但钩尾销孔部位的裂纹并不多见.与13号车钩相比,在设计结构上,17 号车钩尾端面(与从板接触的部位)为半径133.5mm的球面,并在球型端面 两侧有自动对中的凸肩.由于其球面半径较小,且均为钩尾销孔后部受力,受 到牵引和制动时的压力的交变载荷作用,极易产生疲劳裂纹.相比之下13号 车钩钩尾销孔后部只受牵引力的作用,并不承受交变载荷的作用,这应该是 17号车钩钩尾销孔后部裂纹多发的主要原因. 3.2车钩的内部缺陷 作为铸造配件,内部或表面存在一些缺陷是必然的,如气孔,夹渣, 不致密等等,尤其是钩尾销孔后部尺寸较大,容易形成上述缺陷.在有铸造 缺陷的部位,由于应力集中,受力截面上不大的工作应力便可导致疲劳裂纹 的发生,若在工作应力较大区域如钩耳孔,钩尾扁销孔存在铸造缺陷,将会 加快疲劳裂纹的产生和扩展.铸件内部如存在缺陷,这一缺陷可以看成是一 宏观裂纹,宏观裂纹的大小随铸造缺陷的状态而定.由于宏观裂纹的存在,造 成了铸件受力截面应力分布不均匀,裂纹尖端的应力增大,在铸造缺陷部位 形成应力集中现象.缺陷越大,应力集中现象也越严重,从而在较低的载荷 工况下就能造成裂纹的扩展.根据断裂力学理论,裂纹的形成可以分成起裂, 扩展,断裂几个阶段,起裂在整个裂纹形成过程中占有决定性因素.铸件内 部或表面的缺陷是天然裂纹源,使裂纹的形成少了起裂阶段,尤其在焊接修 补中,热影响区不可避免的产生组织的劣化,加上焊接应力的作用,在交变 应力的作用F,这些存在于铸件内部或表面的缺陷会加快诱发焊接裂纹的产 生,加速了裂纹的形成. 33车辆的运用工况 7Ot级货车由于车体新,车况好,检修周期长,所以投入运营的频率 较高,另外车辆重载,运行速度高,车钩受拉伸,冲击压力均较大.车钩在 动载荷作用下,大的工作应力将导致铸件疲劳裂纹的发生.在相同的设计强 度,疲劳寿命的长短由铸造质量的优劣决定.制造质量高,产品的使用寿 命就长,修理费用就低,车辆的安全性能也就高. 3.4车钩的焊修缺陷 对车钩,钩舌的磁粉探伤检查表明,裂纹焊修缺陷对车钩的结构疲劳 强度也有重要影响.在裂纹的焊修过程中,一些焊修缺陷如气孔,夹渣,咬 边,未焊透之所以会明显降低结构疲劳强度,不仅仅是由于缺陷减少了结构 的有效承载面积,更重要的是由于缺陷周围产生了严重的应力集中现象,在 交变载荷的作用下极易引发疲劳裂纹.疲劳裂纹是焊修质量中最危险的缺陷, 一 般多产生于焊修缺陷处.如果焊接前工件已存在疲劳裂纹,焊接应力将随 之扩展.裂纹在结构中本身就形成初始裂纹源,使配件在交变载荷作用下本 应具有的疲劳寿命很快丧失,再加上焊接过程中的焊接次序不当,预热达不 到要求,焊接手法不当等,使配件的焊接强度及疲劳寿命大大降低. (1)气孔对焊接强度的影响 气孔的产生主要是在焊接时因冶金反应,使原来溶解在金属或溶池中的 气泡在焊缝金属凝固过程中未能及时逸出,残留在焊缝中形成孔穴.它对配 312l科技博览 件的疲劳强度也有较大影响.通过选