EN150853轨道机车车辆以及轨道机车车辆部件的焊接焊缝的结构.doc

EN150853轨道机车车辆以及轨道机车车辆部件的焊接焊缝的结构/形状1.1 概述应该避免带有尖角以及明显横截面变化的焊缝。应该尽可能地避免影响力线流。如果可能的话，被焊接部件的重心轴线最好是汇集到一点上。在应力较高的区域应该避免焊缝。如果不能做到，那么必须规划较高的检验要求。为了作出决定，在研发设计阶段，可能需要通过工作试件证明所计算的焊缝厚度。涉及到母材与焊丝的焊接适应性的时候，必须注意制造商的要求与所建议的信息。在厚度方向上承受一定负荷的钢制部件中，参照EN 1011-2标准规定合适的设计措施，并且选择具有所需断面收缩率的材料。在设计时，必须考虑垫板（保留在部件上的焊接垫板）。铝结构中的焊接垫板还需要有特别的槽。在铝结构或者钢结构中的T型接头上，需要使用带有焊接坡口的焊接垫板，例如：单侧可接近的HV焊缝。应该通过相应的焊接技术设计保证防腐蚀性能，例如：通过完全焊透的方式。没有完全焊透的焊缝或者是断续焊缝也应该达到充分的防腐蚀性能。在图纸中必须标注出对部件进行标记的钢印位置。为了限制变形，焊缝应该分布在部件的中线上或者是对称分布在该中线两侧。在设计部件时，必须保证利于焊接以及检查时的可接近性。应该避免焊缝的堆积。必要时，可以使用锻压件或者是铸造件。应该避免通过横向焊缝焊接承受拉力的翼缘板上的次要部件。在计算时，必须考虑冷作硬化的钢材与铝材以及铝合金的热影响区域的硬度降低。要避免焊接接头与螺栓接头或者是铆接接头的混合连接形式。在附件F中规定了电接触点焊的要求。1.2 冷成形区域的焊接在冷成形区域（包括相邻的5t平面）中，在材料分类参照CEN ISO/TR 15608标准为1.1，1.2与1.4的材料中，只允许焊接认证等级为CL 3的结构。只有当：在弯折后并且在焊接前要进行热处理（正火），或者是注意了表格9所列的条件（弯曲半径与板材厚度的关系），才允许焊接认证等级为CL 1与CL 2的结构.表格9冷成形区域的焊接（适用于钢材）最小r/t最大t10503242121.5814aa 根据EN 10025-2标准，对于材料S235J2，允许达到6mm。1.3 生产规定1.3.1 箱形梁 只有当腹板强度的计算表面，焊缝底部的应力水平低于所允许的值时，才允许腹板与承受拉力的箱形梁中的一条单侧焊接的角焊缝连接。插图1说明了拉板中带有较高应力的箱形梁示例。说明：1、箱形梁2、压板3、拉板插图1拉板中带有较高应力的箱形梁示例1.3.2 具有不同板厚的部件上的对接焊缝在具有不同板厚的部件中，不同区域之间的过渡区域要以不超过插图2中所规定的值的坡度逐渐实现。如果焊缝不够达到覆盖过渡区域的厚度，那么要对具有较大厚度的部件进行相应地坡口加工。单位：毫米1：1适用于CP C3与CP D备注：1：4适用于CP A，CP B， CP C1与CP C2的焊接接头。在图纸中要说明坡口预加工。坡度<1：1表示<45的角度，坡度<1：4表示<14的角度。说明1、坡度坡口位置的补充精确度。焊缝的外部形状必须与坡度相符。插图2具有不同板厚的部件上的对接焊缝1.3.3 塞焊缝与长孔焊缝的可焊接性与可接近性只有当焊缝处于剪应力的情况下，塞焊缝与长孔焊缝只允许用于焊缝质量等级CP C2，CP C3或者是CP D。圆柱形或者是矩形孔的尺寸必须允许电极或者是焊枪可以以45度的角度进入。当孔的直径大于或等于部件的四倍板厚时，以及当矩形孔的总长度大于或等于孔的三倍直径时，在较薄的板子中要满足这些要求。对于圆孔或者防控中的角焊缝必须考虑以下条件：孔直径d必须大于（3至4）t2，或长孔宽度c必须大于3t2。插图3塞焊缝与长孔焊缝的可焊接性与可接近性单位：毫米 圆孔中的角焊缝 方孔中的长焊缝说明：d 最低12c 最低12v d3 d e 4 dl 2 c插图4塞焊缝与长孔焊缝用尺寸1.3.4 两条焊缝之间的距离在设计焊缝时，要避免热影响区域重叠。只有当在设计时，考虑了热影响区域或者是淬硬区域的影响（例如：内应力、强度下降，硬度下降）时，才允许重叠热影响区域。为了降低角变形与应力上升，必须根据要连接部件的厚度与部件的夹具确定两条焊缝的最小距离。对于厚度小于20mm的板材，特别是对于铝材以及高强度钢材，要遵循熔化区域之间至少间隔50mm的建议值，参照插图5。单位：毫米插图5熔化区域的最小距离1.3.5 垂直安装在纵向焊缝上的加强筋在对接焊缝与角焊缝的焊缝交叉处，要避免开口。在交叉区域的焊缝超高要打磨掉，以使焊缝连续交叉。插图6垂直安装在纵向焊缝上的加强筋1.3.6自由切削应该避免自由切削。如果必须自由且学，那么开口必须足够大，以便被密封焊接封闭，而同时不会在要连接的焊缝的热影响区域造成应力上升。说明：r参照EN 1708-2标准，但最低为30mmd 20 mm插图7自由切削1.3.7 支座与加强板的末端 插图8与插图9展示的是支座与加强板末端的结构示例。为了进行端部周边焊，应该如插图8所示的结构设计支座与加强板的末端。单位：毫米说明：r参照EN 1708-2标准，但最低为30mm插图8支座与加强板末端的结构在高负荷组件中，支座必须循环焊接。1.3.8 支座形状处于动态负荷下的部件最常见的缺陷与引起交叉应力曲线以及导致应力集中的部件形状有关。插图9支座形状1.3.9 端部周边焊如果超过一个长度为l（至少必须为板厚的2t）的焊缝无中断，要对板子末端进行端部周边焊：a） 主要为了避免板子端部的腐蚀，与焊接质量等级无关；b） 在高负荷位置；c） 在焊缝质量等级为CP C3或者CP D的焊缝中，不需要强制进行端部周边焊。l 2 t，其中l最小= 10 mm说明：t 板厚l 连续焊缝的长度必须尽可能连续完成端部周边焊插图10端部周边焊1.3.10 角焊缝对于角焊缝的结构来说，应该遵循以下要求：角焊缝应该是等腰形的。如果存在设计方面的原因或者是需要更好的力线。那么必须在图纸中另外标出相对于角焊缝a的角焊缝焊角长度z。角焊缝厚度a不应该规定的比计算所需要的厚度更厚，但是，关于角焊缝厚度也必须注意工艺以及焊接技术的因素。边缘距离v应该为：v 1.5a + t 。插图11角焊缝用边缘距离对于厚度小于20mm的板材，特别是对于铝材以及高强度的钢材来说，建议熔化区域的的距离至少为50mm，参见插图12。t2 t1lmin = 3 t2（对于5 mm t2 20 mm的情况，最低为50mm）标识了a的区域必须等于或小于所计算的a最大。插图12搭接焊缝用最小搭接尺寸1.3.11 对接焊缝对于焊缝质量等级为CP A与CP B的焊缝来说，在焊缝的起点和末端要使用引弧板与收弧板，参见插图13的示例。对于其它对接焊缝来说，允许把引弧板与收弧板用作垫板，以便阻止在焊缝的起点与末端上出现未焊透的情况（参见EN 15085-4：2007标准的章节5.2.1）。在图纸中要对其进行说明。在安排引弧板与收弧板时，要尽可能地在焊缝接头之外开始焊接或结束焊接。如果在设计中集成了这些板子或者是在要焊接的部件上使用了较小的板子，那么也应该相应地处理这些板子。这些板子的坡口预加工必须与焊缝坡口的预加工相同的方式完成。为了焊接这些板子，必须通过机械工具或者是磁铁对其进行固定。在完成焊接后，必须通过机械切割或者是气割或者是等离子切割的方式切割掉引弧板与收弧板。在切割掉这些板子后，要进行纵向打磨。不允许打掉引弧板与收弧板。插图13对接焊缝用引弧板与收弧板示例1.3.12 带有由卡死引起的内应力的焊缝冷裂与热裂经常是部件出现缺陷的原因。设计者应该知道，带有由卡死引起的内应力的焊缝会减轻两种裂纹形式的增长（内应力）。带有由卡死引起的较高内应力的焊接接头可能会导致冷裂与热裂。应该避免更多的状态，因为内应力会导致出现一些误差：在把圆棒或者是厚壁管完全含接到厚板上时，焊缝不会自由收缩（参见插图14a）；在焊接较薄的部件到较厚的板子上时，较厚的板子保持形状不变（参见插图14b）；在焊接厚壁管中的筋板时，较厚的管子保持形状不变（参见插图14c）；在焊接最后集成到两个固定部件之间的部件时，固定的部件保持它们的形状不变。插图14带有由卡死引起的内应力的焊缝 为了限制裂纹风险，角焊缝必须具有根据要焊接的板子的厚度得出的最小焊缝横截面。1.3.13 混合连接形式应该避免这种部件连接形式，因为同时只能承受一种连接形式。焊接与螺栓连接的部件混合连接不适用于传递所有的力或者是降低收缩应力。在这种情况下，仅仅只有焊缝单独受力。因此，在动态负荷下，焊缝是混合连接形式上出现疲劳裂纹的原因。所以只对焊缝进行计算。插图15混合连接形式 只有具有已证明的焊接适应性的螺母才允许被焊接，以防止旋转。1.3.14 腐蚀问题预防措施如果必要的话，制造商必须通过端部周边焊和/或反面含层或使用密封剂的形式保证焊缝背面的密封性，以便防止腐蚀。插图16腐蚀位置1.3.15 焊缝过渡区域焊缝形状的矫正在焊接后在焊缝上还需进行的工作主要是为了提高焊接接头的抗疲劳性能。这种改进包括延长使用寿命（适用于已经规定了应力水平的情况）或者是提高疲劳极限（适用于已经规定了使用寿命的情况）。可以通过降低焊缝几何缺陷中的应力集中（缺口应力集中）的情况达到降低应力集中的目的。在焊缝过渡区域可以达到最大的效应。要在焊缝上进行的焊缝过渡区域改进工作必须在工艺说明中进行规定，并且设计者必须证明由返工引起的所允许的应力增加情况。在打磨焊缝过渡区域的情况下，深度k必须小于等于0.3 mm，半径r必须大于等于3mm，参见插图17。打磨缺口的方向必须与主应力的曲线走向一致。对焊接头T形接头插图17焊缝过渡区域的矫正1.3.16 降低内应力的工作1.3.16.1 概述为了降低内应力，允许进行产生压缩应力的工序，例如：喷丸处理或者是通过热处理的方式降低应力。1.3.16.2 用于产生表面压缩应力的喷丸处理的参数与特征喷丸处理的参数与特征应该与客户的要求一致。在使用喷丸处理的情况，要对以下情况进行说明：适用于进行该项工作的喷丸大小（种类与大小）；焊缝与热影响区域的覆盖范围。钢材的压缩应力的建议值如下：在表面下0.1mm的地方的压缩应力大于260Mpa；在表面下0.5mm的地方的压缩应力大约或等于50Mpa。1.3.16.3 用于降低内应的热处理对于热处理（正火或者是去应力退火）来说，应该采取所有的防护措施降低部件的变形或者是避免出现冷整形的必要性。在相应的图纸上或者在相应的文件中必须给出确定的热处理条件。这些文件必须包含：上料时，热处理炉的最高温度；温度上升的平均速度；部件热处理温度的持续时间；热处理的温度；最大的冷却速度；部件从热处理炉中取出时的温度；部件从热处理炉中取出后，部件的冷却条件。必须对温度进行记录，例如：用经过矫正的温度记录仪。1.3.17 断续焊缝断续焊缝的最小长度应该为：对于t最大< 10mm的情况来说：l最小> 5 t最大，但是对于钢材来说，最低为20mm，对于铝合金来说，最低为30mm；对于t最大>10mm的情况来说：l最小> 3 t最大，但是最低为50mm，参见插图18。e 3 Lv 0.5 L插图18断续焊缝1.4 焊接图纸上的说明由制造商完整的焊缝坡口预加工必须参照EN ISO 9692-1，EN ISO 9692-2 与EN ISO 9692-3标准完成。相关信息请参照附件B与附件C。在图纸中给出的说明必须符合EN 22553标准。另外，还需要以下信息：在图纸中必须给出参照本欧洲标准的焊缝质量等级。如果一份图纸包含了不同的焊缝质量等级，那么必须在焊缝处标出这些焊缝质量等级。对于通过电接触点焊完成的焊接还必须参照表格F.3进行表面质量的说明；对于每个部件来说，必须在图纸中或者在零件清单中给出参照EN 15085-2：2007标准的鉴定等级CL 1至CL 3。这些鉴定等级取决于部件的最高焊缝质量等级。有关部件与鉴定等级可能的分类示例请参见EN 15085-2：2007标准的附件A；在图纸中必须给出焊缝形状、焊缝厚度以及焊缝长度（参见附件B）；在图纸、零件清单或者其它文件中，必须给出焊丝；所有的焊接都必须在图纸、零件清单或者其它文件中用件号的形式标出。如果在图纸中没有给出允许公差，那么以下公差适用于EN ISO 13920：1996标准：a） 长度与角度尺寸用公差等级B；b） 直线度、平面度与平行度用公差等级F。