D26B型落下孔车转向架旁承盒裂纹修复及改造

54 军民两用技术与产品 2018·6（下）
文章编号：1009-8119（2018）06（2）-0054-02
前言
构架是车辆转向架其他零部件安装的基础，也是车辆的承载体
和传力体，在车辆运行中起到传递牵引力、制动力。

旁承盒是构架梁两端的关键组件，横向力及垂向力的作用下，与弹性旁承一起，在车辆运行中起到辅助承载和限制车辆侧滚震动的作用。

1 D26B型转向架旁承盒裂纹形成的原因
由于构架为对称结构，在垂向总载荷和写对称载荷的共同作用下，旁承盒弯角处是应力集中的位置，车辆在运行中极易产生疲劳裂纹。

2 疲劳裂纹的产生原理和预防方法
金属疲劳是指材料、零构件在循环应力或循环应变作用下，在一处或几处逐渐产生局部永久性累积损伤，经一定循环次数后产生裂纹或突然发生完全断裂的过程。

当材料和结构受到多次重复变化的载荷作用后，应力值虽然始终没有超过材料的强度极限，甚至比弹性极限还低的情况下就可能发生破坏，这种在交变载荷重复作用下，经过一段时间后，在局部高应力区形成微小裂纹，再由微小裂纹逐渐扩展以致断裂。

这种材料和结构的破坏现象，就叫做金属的疲劳破坏。

金属部件在交变压力作用下，疲劳破坏具有在时间上的突发性，在位置上的局部性及对环境和缺陷的敏感性等特点，故疲劳破坏常不易被及时发现且易于造成事故。

而且金属内部结构并不均匀，从而造成应力传递的不平衡，有的地方会成为应力集中区。

与此同时，金属内部的缺陷处还存在许多微小的裂纹。

在力的持续作用下，裂纹会越来越大，材料中能够传递应力部分越来越少，直至剩余部分不能继续传递负载时，金属构件就会全部毁坏。

通常预防疲劳裂纹的方法有改善构件结构，避免应力集中；表面热处理或表面强化；复合强化及细化晶粒等方式。

但从前期的实验效果来看，通过圆角过渡和局部表面强化的方法处理的D26B 型转向架旁承盒还是无法承受交变载荷的重复作用，会再次出现裂纹。

3 D26B车型材料、改造后旁承盒材料及焊接性能分析
（1）材料分析
D26B 车型材料为16Mn ，现在的牌号称为Q345，也叫低合金高强度结构钢，含碳量为0.1%-0.25%，加入主要合金元素锰、硅、钒、铌和钛等。

16Mn 钢属于碳锰钢，根据碳钢及合金结构钢的碳当量计算公式：
C 当量=[C+Mn/6+（Cr+Mo+V ）/5+（Ni+Cu ）/15]*100%，碳的含量在0.16%左右，钢的强度和硬度较低，屈服点等于343MPa 。

16Mn 钢的合金含量较少，焊接性良好，焊前一般不必预热。

但由于16Mn 钢的含碳量低，其机械强度和硬度都较低，大厚度结构上焊接时，为防止出现冷裂纹，需采取预热措施。

（2）改造后的旁承盒采用Q450NQR1高强度耐候钢，和其他的高强度钢相比，含P 量较高，高P 母材中P 在焊接过程中必然会过渡到焊缝中，这不仅会降低焊接接头的抗裂性，而且会增加接头的脆性。

因此，提高焊接材料的韧性和抗裂性是选择焊接材料的主要任务。

根据碳钢及合金结构钢的碳当量计算，Q450NQR1高强耐候钢的碳当量为0.35%～0.43%，碳当量较高，焊接热影响区存在一定的淬硬和冷裂倾向。

所以它的焊接工艺问题是如何避免冷裂纹的产生；第二是如何避免由于杂质偏析引起的热裂问题。

1）如何避免高强度耐候钢的焊接冷裂纹造成焊接冷裂纹的主要
因素有三个方面：钢的淬硬倾向；焊接拉应力；焊接接头的含氢量及其分布。

由此防止冷裂纹的途径如下：
①选用优质的低氢焊接材料和低氢的焊接方法。

减少焊接接头的含氢量，降低接头的冷裂倾向。

②焊接坡口及两侧应仔细清理，去除水分、铁锈、油污等杂物。

③合理安排焊接顺序。

原则是尽量使大多数焊缝能在刚度较小的条件下焊接，以减少焊接应力。

④焊前预热、焊后缓冷。

焊前预热及焊后缓冷可以使扩散的氢充分逸出，降低焊接残余应力，从而降低焊接冷裂倾向。

⑤选用合适的焊接线能量。

可适当增大焊接线能量，延长焊接接头的冷却时间，以减少或避免焊接热影响区的淬火组织，同时还有利于氢的逸出，降低了冷裂纹的倾向。

⑥选用合适的焊接方法和焊接操作规范。

多层焊时，前一层焊道对后一层焊道起到预热的作用；而后一层焊道对前一层焊道又起到后热缓冷和回火的作用，所以多层焊接比单层焊接头抗裂性高。

2）避免高强耐候钢焊接热裂纹的方法：
为避免高强耐候钢的焊接热裂纹，采取的主要措施有：
①控制焊缝中硫、磷和碳等有害杂质的含量。

硫、磷使增大焊缝结晶裂纹倾向的最主要杂质，碳能促进硫和磷的偏析而增大结晶裂纹倾向。

②改善熔池金属的一次结晶。

细化晶粒是可以提高焊缝金属的抗裂性，目前广泛采用的方法是向焊缝中加入某些合金元素，以改善结晶组织的形态，细化晶粒，进行变质处理。

③合理安排焊接次序。

焊接顺序对焊缝的受力状态有很大影响。

确定焊接顺序总的原则是尽量使大多数焊缝在较小的刚度条件下焊接，避免焊接结构产生较大的拘束应力。

④控制焊接工艺参数。

一般来说，接头冷却速度越大，变形速度越大，越易于促使产生结晶裂纹。

采用多层多道焊法，能有效避免中心线偏析，防止中心线裂纹。

（3）焊接材料的选择：
高强耐候钢焊接材料的选择须与母材相适应。

当异种金属材料进行焊接时，允许按其中强度较低的母材选用焊条、焊丝，但焊接工艺须满足强度较高的母材的工艺要求。

当高强耐候钢钢件与普通低碳钢件、低合金钢件或铸钢件组焊在一起时，可选用非耐候的结构钢焊接材料，也可选用耐候钢焊接材料。

但须保证熔敷金属的最低抗拉强度不低于强度较低的母材的抗拉强度。

4 构架旁承盒裂纹的处理方法4.1 上盖板裂纹
彻底清除锈、污等杂质后进行磁粉探伤检查，确认裂纹的位置和尺寸，在裂纹末端前方15mm 处为中心钻直径为10mm 的止裂孔。

使用机械打磨方式清除裂纹。

裂纹清除后须进行探伤确认，裂纹清除后沿裂纹清除方向开适当V 形坡口。

使用碳弧气刨时须打磨消除渗碳层，露出金属光泽：焊接裂纹时需焊前预热100℃-150℃，预热范围为焊缝部位及其周围不小于75mm 的区域。

焊缝检验合格后进行局部消除应力退火。

即：加热到500℃保温二小时，石棉覆盖缓冷至室温。

可使用电加热排的方法或其它适用的方法进行消除应力处理。

焊缝区域应进行磁粉探伤，焊后24小时以后进行。

（下转35页）
摘 要 D26B 型落下孔转向架旁承盒在检修过程中，对发现的裂纹进行原因分析及处理的方法。

关键词 裂纹形成；疲劳裂纹；分析处理；热处理
D26B型落下孔车转向架旁承盒裂纹修复及改造
陈 敏
（中车长江车辆有限公司，武汉 430212）
2018·6（下） 军民两用技术与产品
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总成本23336座公里成本0.49时间成本（元/分）110燃油成本（元/公斤） 5.05成本指数（公斤燃油/分）
22
注：由于缺乏数据，假设机组成本中，1/3与轮档时间有关，2/3与1起落次数有关。

成本指数为22公斤燃油/分，表示的物理意义为是飞行一分钟对应的时间成本与消耗燃油22公斤是一致的。

也就是说，改变飞行速度，当飞行时间增加一分钟，消耗燃油降低若小于22公斤，说明其飞行方式最经济的。

3 飞行性能优化3.1 巡航速度优化
以600km 航段为例，表4给出了不同巡航速度下，轮挡时间和轮挡油耗数据。

表4 不同巡航速度下轮挡时间和轮挡油耗巡航速度（km/h ）
轮挡时间（min ）
轮挡油耗（kg ）
500881134550841166600821228640
80
1295
由表4可知，巡航速度从500 km/h 增加到550 km/h 时，轮挡时间缩短4分钟，而轮挡油耗增加32kg ，远低于4分钟时间成本对应88kg 的燃油成本，说明加速飞行是经济的。

而从550 km/h 加速到600 km/h 速度飞行时，时间缩短了2分钟，而油耗增加了62kg ，高于2分钟时间成本对应44kg 的燃油成本，显然，这种加速飞行是不经济的。

从而可知，最经济的巡航速度在550 km/h 和600 km/h 之间。

3.2 爬升速度优化
以600km 航段为例，表5给了不同爬升速度下，轮挡时间和轮挡油耗数据。

表5 不同爬升速度下轮挡时间和轮挡油耗爬升速度（km/h ）
轮挡时间（min ）
轮挡油耗（kg ）
300791303335791296350781293400
78
1309
由表5可知，以300 km/h 速度爬升，与以335km/h 速度爬升时的轮挡时间没有变化，轮挡油耗有所降低，即燃油成本有所降低。

相对于335 km/h 的爬升速度，以350 km/h 速度爬升时，燃油成本和时间成本均有所降低。

而相对与350 km/h 的爬升速度，以400 km/h 速度爬升时，时间成本不变，而燃油成本有所增加，故以400 km/h 爬升相对于350 km/h 爬升是不经济的。

根据以上分析，最经济的爬升速度应在350 km/h 附近。

4 结束语
本文在民用飞机直接运营成本分析模型基础上，将燃油成本和时间成本的比值作为成本指数，并通过成本指数对某型民用飞机巡航速度、航路爬升速度和巡航高度进行了优化分析。

结果表明，“成本指数法”是民用飞机进行飞行性能参数优化的有效方法。

参考文献
1 吴金贵等，基于远程巡航方式的成本指数计算分析，中国民航大学学报，2007年6月.
2 R.S.Shevell ，OPERATING COSTS ，Aircraft Design ：Synthesis and analysis ，Version 0.99，Jan 2001.
3 Commercial aircraft DOC methods ，AIAA PAPER 90-3224，Sep 01，1990.
（上接54页）
4.2 上盖板及下旁承圆角处裂纹
首先对旁承盒周边50mm 区域进行磁粉探伤检测，对检测出来的裂纹按照1的方法进行处理，补焊后打磨与母材平齐。

其次加工去除原旁承盒立板，采用等离子切割机将立板的下端进行切断，减少机加工时振动对底板的影响。

4.3 组焊新的旁承盒
新的旁承盒由形压形件对接组焊而成，对接焊缝和折弯处进行表面探伤，不能有裂纹存在。

上、下平面在组焊后加工须与立面垂直，垂直度不大于1mm 。

组焊前应对原旁承盒周边30mm 范围内的油污，锈垢进行清除。

外侧焊缝焊完后须打磨与母材平齐并对新焊缝周边按规范进行表面磁粉探伤，检查无裂纹。

为了防止旁承盒附近再次产生裂纹，应在旁承盒周围组焊补强板环装焊缝焊完后须打磨与母材平齐。

因为表面存在缺陷、表面粗糙及表面有应力集中时，都会加速裂纹的萌生。

因此，尽量不要在圆角处存在焊缝接头，操作中应尽量避免应力集中，提高表面光洁度、
防止表面划伤以及避免表面缺陷和焊接缺陷等。

组焊完成后，对相关尺寸进行检查，并对焊缝进行表面湿法磁粉探伤检查，保证焊缝无气孔，裂纹等缺陷。

4.4 热处理
确认合格后进行局部热处理消除焊缝内应力，先使用火焰加热炬加热对补强板焊接后各焊缝均匀加热到350℃立即使用电加热排对补强板进行整体热处理，处理时间和温度为1小时加热到500℃，2小时保温，1小时缓冷。

这样处理还可以同时达到使焊缝金属中的扩散氢逸出金属表面的目的，有效防止冷裂纹的产生。

5 结论
改造后的D26B 型转向架车型经过一年的上路运行，再次返厂检修时，旁承盒部位未再发现裂纹。

参考文献
1 《焊工》.中国劳动社会保障出版社.
2 《《金属材料及热处理基础》.机械工业出版社.
3 《热加工工艺》.2010年07期.
（上接21页）
但是随着现代民用航空工业的长足发展，电子仪表设备的维修日趋复杂，对机务维修人员的整体素质和技能要求进一步提高。

本文首先概述了电子仪表设备的组成与功能，阐述了电子仪表设备在民用航空器中的重要作用。

接着概括了电子仪表设备的常见故障，并对其进行了详细的分析。

最后针对民用航空器中的电子仪表设备常见故障，提出了维修技术与方法，强调了维护与保养的重要性可以大大降低故障发生概率，并且阐述了常见故障和不常见故障维护时的注意事项。

提出了维修时应该按照故障观察与分析，故障隔离，故障排除，检测与调试的步骤。

参考文献
1 张黎娟.民用航空器电子仪表设备维修技术与方法研究[J].电子质
量，2016.
2 徐亚军，胡焱，沈家庆等.面向民用航空器电子设备维修的电子信息工程专业建设[J].科教导刊（上旬刊），2013，8（7）：56-57.
3 赵俊杰.民用飞机发动机综合仪表测试设备的研制[D].武汉理工大学，2010.作者简介
桂林强，1976.3，汉族，男，江西省九江市（籍贯），现职称：助理工程师，学历：本科，研究方向：民用航空器维修方向。