碳钢车钢结构检测技术培训教材.docx
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碳钢车钢结构检测技术培训教材
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员工培训讲义
XXXXXXXXXXX
培训教材
人力资源部培训组
二零一二年六月
编审成员
主编:
编审成员:
前言
目录
第一章基础知识4
1.1碳钢车体钢结构基本种类结构4
1.1.1碳钢车钢结构种类4
1.1.2碳钢车钢结构主要结构4
1.1.3大部件组成主要零部件构成4
1.2钢结构金属材料及焊接基础知识5
1.2.1金属材料的主要性能5
1.2.2钢结构焊接基础知识9
第二章 碳钢钢结构检测技术13
2.1车体钢结构现场检测需掌握的主要技术信息和检查重点内容13
2.1.1车体钢结构的主要生产工艺流程13
2.1.2车体钢结构检查控制的重点内容17
2.2车体钢结构重要质量特性19
第一章基础知识
1.1碳钢车体钢结构基本种类结构
1.1.1碳钢车钢结构种类
车体是承载及上下车连接部件,目前我公司经常生产的碳钢车钢结构主要有以下几种:
按大类分为:
25T型车体钢结构;25G型车体钢结构。
25T型和25G型车体钢结构按主要品种分为:
硬座车体钢结构、硬卧车体钢结构、软卧车体钢结构、餐车车体钢结构、邮政车车体钢结构、行李车车体钢结构。
1.1.2碳钢车钢结构主要结构
碳钢车钢结构由牵枕缓端梁组成、底架组成、侧墙组成、车顶组成、端墙组成五大部件组装而成,五大部件随不同车型、不同车种在结构上有所不同,但部件结构所要实现的功能是一致的。
1.1.3大部件组成主要零部件构成
牵枕缓端梁组成:
牵引梁组成、枕梁组成、缓冲梁组成、端梁构成牵枕缓端梁部件。
底架组成:
牵枕缓端梁组成、底架边梁、枕内横梁、枕外横梁、铁地板组成、制动附件、车电附件构成底架部件。
侧墙组成:
侧墙上下墙板、侧墙上边梁、侧墙立柱、行李架支铁组成、侧墙腰带、窗间纵梁构成侧墙大部件。
车顶组成:
侧顶组成、中顶骨架、中顶板、端顶组成、平顶骨架、平顶板、车顶附件组成构成车顶大部件。
端墙组成:
风挡框组成、端墙骨架、端角柱(T型车设在整体钢门框中)端墙板构成车顶大部件。
复习题:
1、按品种分类,碳钢车钢结构主要分为哪几种?
2、碳钢车体钢结构由哪几个大部件组成?
3、钢结构五大部件主要由哪些零部件组成?
1.2钢结构金属材料及焊接基础知识
1.2.1金属材料的主要性能
金属材料的机械性能:
弹性和塑性;刚度;强度;硬度冲击韧性;疲劳强度;断裂韧性。
金属材料在受外力作用时产生变形,当外力去掉后能恢复其原来形状的性能,叫做弹性。
这种随着外力消失而消失的变形叫做弹性变形,其变形大小与外力成正比。
金属材料在受外力作用下产生永久变形而不引起破坏的性能叫做塑性。
在外力消失后留下来的不可恢复的变形叫做塑性变形,其变形大小不与外力成正比。
钢结构冷弯零件的成型是依靠塑性变形实现的,冷弯过程中同时发生了塑性变形和弹性变形,在保证强度指标的情况下,钢结构冷弯件的材料塑性越好越有利于零件成型质量。
金属材料在受力时抵抗弹性变形的能力叫做刚度。
金属材料的刚度在实际生产中容易被忽略,关键部位需要注意控制。
在弹性变形范围内,应力与应变的比值叫做弹性模数,它反映出金属材料产生单位变形时所需要的应力。
弹性模数越大,表示在一定应力作用下能发生的弹性变形越小,也就是刚度越大。
相同材料的两个不同零件,弹性模数相同,但截面尺寸大的不易发生弹性变形,因此衡量一个零件的刚度问题时,不仅要注意材料的弹性模数,还要注意零件的形状和尺寸大小。
对于高强度螺栓连接的部件,在注意控制连接件接触面表面质量要求的同时,特别注意连接件截面尺寸的匹配,在做让步处理时需要非常谨慎,经过校核计算有把握时才能放行。
金属材料在外力作用下抵抗塑性变形和断裂的能力叫做强度。
按照作用力性质的不同,可分为抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度和抗扭强度等。
车体钢结构用料主要考核抗拉强度和抗弯强度。
金属材料抵抗更硬的物体压入其内的能力,叫做硬度。
它是材料性能的一个综合的物理量,表示金属材料在一个小的体积范围内抵抗弹性变形、塑性变形或破断的能力。
常用的硬度指标有布氏硬度、洛氏硬度。
受布氏硬度(HB)的测试原理方法限制,太硬材料不能用布氏硬度测试。
洛氏硬度(HR)常用测试方法采用洛氏硬度HRC,测量范围在20-67之间。
金属材料抵抗冲击载荷作用下断裂的能力叫做冲击韧性。
金属材料的冲击韧性用试样缺口处单位截面积上冲击功来表示。
冲击值的大小与很多因素有关,不仅受试样形状、表面粗糙度、内部组织的影响,还与试验时环境温度有关。
金属材料的冲击值对组织的缺陷很敏感,能够灵敏的反映出材料的品质、宏观缺陷和显微组织方面的变化,因此,冲击功的测试是检验钢结构承载零部件原材料必不可少的一个检验过程。
受交变应力的零件发生断裂时的应力远低于该材料的屈服强度,这种破坏现象叫做疲劳破坏。
当金属材料在无数次重复或交变载荷作用下而不致引起断裂的最大应力叫做疲劳强度。
产生疲劳破坏的原因,一般是由于材料有杂质、表面划痕、材料内部残余应力较大、结构应力分布不合理及其他能引起应力集中的缺陷而导致材料表面或内部微裂纹的产生,这种微裂纹随着应力循环次数的增加而逐渐扩展,致使零件不能承受所加载荷而突然破坏。
为了提高零件的疲劳强度,除了改善其结构形状,避免应力集中外,还可以采取表面强化的方法,如提高零件的表面质量,对零件表面进行喷丸处理等。
在钢结构产品质量过程控制中,对零部件结构设计是否的合理、重要零件本身表面质量状态、零部件组成焊接后残余应力、结构件应力集中部位的清理打磨质量、零部件防腐质量的控制尤为重要。
尤其对底架边梁、横梁,牵枕缓各部位以上内容的控制要求应更为严格。
对于运行速度较高的车体钢结构,以上零部件的焊接必须严格遵守工艺规定,否则,残余焊接应力的增大会引起零件的疲劳破坏,其后果会很严重。
一般认为,零件在许用应力以下工作就不会发生塑性变形,更不会发生断裂,然而事实并非如此,实际当中发生过应力远低于许用应力的情况下,发生突然断裂现象。
大量事实和研究实验表明,金属材料内部不可避免地存在各种宏观缺陷,这些缺陷在材料中的作用相当于裂纹,当材料受外力作用时,这些裂纹的尖端附近会出现应力集中,应力不断加大,裂纹自动扩展,直至最终断裂。
我国在上世纪八十年代开始淘汰落后的炼钢工艺,同时在八十年代末、九十年代初开始出现私企炼钢,目前钢材市场鱼目混杂,只有国有大的钢铁公司产品质量是有充分保证的,钢结构重要构件原材料应该避免使用地采钢材,小钢厂的炼钢工艺及过程质量保证能力满足不了重要钢结构部件的质量要求。
金属材料的物理性能:
比重;熔点;热膨胀性;导热性;导电性等。
普通碳钢钢结构原材料对于这些物理性能没有特殊要求,奥氏体不锈钢热膨胀系数大、导热性差的特点导致了焊接后变形大,了解这些特点有助于检查员理解不锈钢焊接时为什么对装配和焊接工艺要求更为严格的原因。
金属材料的化学性能:
耐蚀性;耐热性等。
金属材料在室温或高温环境下抵抗化学腐蚀的能力为金属材料的耐蚀性能。
我国八十年代研制成功了耐大气腐蚀的耐候钢,九十年代车辆车体制造开始全部采用。
目前碳钢车制造主要应用两种成分耐候钢,一种是薄板2.5以下05耐候钢,一种是板厚3及以上的09耐候钢。
金属材料的工艺性能:
可铸造性;可锻性;可焊性;可切削加工性等。
可焊性是车体钢结构原材料最重要的工艺性能。
目前普通碳钢车除了少量焊接性能好的不锈钢和耐候钢外,基本全部为优质碳素结构钢,这些钢材的可焊性均非常好。
1.2.2钢结构焊接基础知识
焊接检验的主要步骤和内容
焊前检查:
核实焊工资质;检查焊接设备状况及其适宜性;检查母材和焊接材料的一致性;检查焊接接头的定位;检查焊接接头准备和装配;检查焊接预热。
焊中检查(过程检验):
检查焊接工艺参数的符合性;检查主要焊缝焊道的排布及其质量;检查焊道排布顺序;检查层间温度和层间清理;检查背面清根;监视无损检测结果。
焊后检查:
焊缝外观检查;焊缝尺寸检查;焊接件形位尺寸检查;核实无损检测结果;监视焊后热处理结果;审核过程记录。
焊缝外观质量缺陷检查
焊接裂纹检查:
焊缝余高不符合:
焊缝表面在形状和形式上不应该有太大起伏,应该是鱼鳞状分布。
起弧和息弧的地方凹凸变化应尽量小。
焊缝余高应正常而不是凹下未填满或凸出过大。
具体要求可在相应焊接计划或控制卡中获得。
过度的焊缝余高会增大焊接应力集中系数,需重视控制。
焊缝表面裂纹:
焊接裂纹是最严重的焊接缺陷,常见的有以下图示的几种,需重点检查控制。
咬边缺陷:
产生咬边的原因主要是,熔化的母材金属量比填充材料多造成。
咬边经常出现在焊缝的焊趾处,咬边造成锋利的尖角对零件使用性能产生破坏影响。
未焊透缺陷:
未焊透减小了零件承载有效截面积,在实际检查控制中不要忽略。
复习题:
1、金属材料的主要性能有哪些?
2、从避免零部件疲劳破坏角度,对钢结构原材料及零部件如何重点控制?
3、焊接检查的主要流程和内容是什么?
4、焊缝表面缺陷主要有哪些?
第二章 碳钢钢结构检测技术
2.1车体钢结构现场检测需掌握的主要技术信息和检查重点内容
2.1.1车体钢结构的主要生产工艺流程
在介绍车体钢结构生产工艺流程之前,先了解一个完整钢结构是怎么构成的:
一个完整车体钢结构由4大部件构成:
钢结构底架组成、钢结构侧墙组成、钢结构端墙组成、钢结构车顶组成。
这些大部件又由其子部件、备件组成,备件是构成部件、车体钢结构的最小单元,为保证车体钢结构的使用寿命,所有构成车体钢结构的备件、部件及车体钢结构都要有适宜的表面处理、表面防腐措施。
要想制造出完整的车体钢结构,就要从制作备件开始,制作部件、大部件,然后组装成车体钢结构。
备件一般由一定规格的钢板、型钢(角钢、槽钢、方钢)经剪切、冲压、折弯等工序而成。
为满足大部件质量要求,备件的尺寸精度应尽可能高。
钢结构部件是利用合适的工装、卡具将备件通过铆接、焊接方式组装而成。
为保证整体钢结构质量,必须确保大部件的铆焊质量和组装尺寸。
四种大部件经总组装胎,通过定位、焊接成为大部件总组装钢结构,大部件总组装钢结构经过调修、车体附件安装最终成为车体钢结构。
车体钢结构经过涂装、上车组装成为车辆车体。
通过以上叙述,我们对车体钢结构制造需经历的过程有了粗略的了解,下面较详细说明车体钢结构是怎么制造出来的,了解了其制造过程就自然清晰的知道检查控制的主要方面。
1、用图目录
无论生产哪种车型的钢结构,都必须有唯一确定的工程设计图纸,现有惯例,钢结构生产开工前,产品研发中心会发布钢结构生产用图目录,这个用图目录是生产车间产前技术准备和施工生产的直接依据,也是检查员检查实物质量的直接依据之一。
2、工艺方案
有了工程设计图纸,就要通过一定的人员、设备、工装、工艺方法对特定原材料进行加工、物化,最终制造出符合设计图纸要求的钢结构。
对以上制造过程进行有效规定的就是工艺方案。
现有惯例,每批碳钢车生产前,制造技术中心应发布工艺方案,工艺方案中一般明确主要钢结构部件及总组装的组装工艺规程和焊接工艺规程、钢结构防腐要求、工艺过程控制卡及工艺过程控制卡归档清单等内容。
工艺方案是生产车间产前技术准备和施工生产的直接依据之一,也是检查员监督生产车间过程质量的直接依据之一,检查员在实施钢结构检查控制工作之前,必须清楚掌握用图目录信息和工艺方案规定的内容。
3、临时设计更改和工艺通知
在钢结构生产的各个阶段,会由于某种原因发生临时设计更改和工艺分工、标准的变动,检查员在清楚掌握用图目录信息和工艺方案的规定内容基础上,要随时注意临时设计更改和工艺分工、标准的变动,从而避免批量漏检。
检查组要建立设计更改和工艺通知的确认台帐。
4、下料目录
下料目录是生产制造单位根据用图目录中确定的生产图纸,结合生产实际应用的工艺方法,对钢结构备件及下料尺寸进行明确的一组数据。
它是指导钢结构备件生产的重要技术文件,一旦下料目录编制错误,会造成备件批量返工或报废,因此对重要备件的首件一定要做好车间级或公司级首件鉴定工作。
5、备件的防腐处理
钢结构的防腐处理有多种方式,有的工厂是在整体钢结构完成之后,整体人工打砂、直接涂防腐底漆。
目前我公司钢结构生产是备件完成后,分两种方式进行防腐处理,壁厚(板厚)6mm以下的备件进行化学预处理后涂规定品种的预涂底漆,其余的采用抛丸处理后涂规定品种的预涂底漆。
备件防腐的详细工艺技术要求以工艺方案规定的内容为准。
6、部件组装
有了形状尺寸合格和防腐处理合格的备件后,就可以组装大部件了。
大部件质量好坏与组装工装的合理性和卡具的定位、卡紧功能可靠性有关,与备件卡紧点固后、焊接之前的备件入胎状态有关,与焊接工艺(主要是焊接顺序)有关,与备件质量好坏有关,与焊接人员操作水平有关,以上是影响大部件组装质量的主要方面,因此,在检查控制过程中,相应大部件的检查员要对工装、卡具状态、备件入组装胎状态、操作人员资质及操作稳定性、流入本工序备件质量状态、组装过程中焊接工艺执行情况等尽可能多的进行动态的巡回检查。
7、车体大部件总组成
有了构成车体钢结构的合格的四大部件就可以进行钢结构大部件组装了。
影响大部件总组装质量的因素与大部件组装质量的影响因素一样,在同样控制工装、卡具、拉紧装置状态、人员资质、焊接工艺执行情况的同时,必须控制好车体挠度、车端上翘或下垂量、端墙垂直度、车体倾斜量、门框安装定位尺寸、车体断面尺寸这些关键技术参数。
如果这些技术参数出现问题,直接影响后道上车组装工序、落车工序的进行,严重时影响行车安全。
8、车体落成及后续防腐措施
车体大部件总组装完成后,要进行车体调修和后续车体附件的安装。
这一阶段的主要过程质量要求有:
侧墙板、端墙板不松驰,而且平整度要好;脚蹬、脚蹬翻板装置安装符合工艺规程技术要求;水箱托梁、内端上横梁、内端墙闸墙柱、茶桌梁、卧车的各闸墙柱、行李架支铁、地板梁地板码等附件安装定位尺寸符合图纸要求;焊接及补焊的打磨修整、焊接飞溅清整要彻底,确保车体外观质量;段焊密封质量符合工艺要求;最终的架车检测要准确真实;上线、过线管孔确保光滑;电池箱、渡板等安装紧固符合技术要求,开口销、防松标记状态良好;炭黑、激烤打磨要彻底、补涂漆之前必须经过检查确认。
2.1.2车体钢结构检查控制的重点内容
综上所述,我们可以大致总结出钢结构质量控制的质量工程师、检查员应具备哪些基本专业知识,在钢结构生产过程的质量控制中需要控制哪些重要项点。
从钢结构生产流程看:
1、我们需要控制车体备件的形状尺寸精度和防腐质量。
备件检查员如何做好这项质量控制工作,需要掌握三方面信息、了解两方面基础知识、具备两方面专业技能。
三方面信息是:
生产用图目录要掌握,作为测量、判断依据的图纸不能用错;下料目录信息数据要掌握,多数备件尺寸不能完全符合图纸,需要有工艺放量;工艺方案中规定的防腐技术要求要掌握。
两方面基础知识是:
三视图绘图基础知识,读图要准确;金属表面处理有关的和金属表面防腐有关的基础知识,能够识别备件防腐质量的不合格。
两方面专业技能:
熟练运用标准的能力,对标准的理解掌握要准确;熟练正确使用测量工具进行测量的能力。
2、需要对大部件组成的形位尺寸、焊接质量、附件安装定位尺寸进行控制。
形位尺寸、附件安装定位尺寸的控制按照确定的图纸及工艺尺寸进行测量确认。
焊接质量按大部件焊接过程控制卡规定的内容进行控制。
大部件检查员除了需要掌握备件检查员所应掌握的信息外,对大部件组成检查卡片、焊接过程控制卡的内容要掌握,并逐项检查确认。
大部件检查员要掌握视图知识、测量知识和基本的焊接基础知识。
3、需要对车体总组成的形位尺寸、焊接质量、附件安装定位尺寸进行控制。
形位尺寸、附件安装定位尺寸的控制按照确定的图纸进行测量确认。
焊接质量按大部件总组成焊接过程控制卡规定的内容进行控制。
落成检查员除了需要掌握大部件检查员所应掌握的信息外,还要掌握在钢结构工序安装的外供配件,如蓄电池箱、脚蹬翻板装置、渡板等配件的专项设计技术信息和工艺技术信息,要对这些配件的质量和安装质量进行控制。
钢结构落成检查是钢结构转序前最后一道控制关口,落成检查员需具备各前道工序检查员的基本素养,能够识别前道工序遗漏的产品缺陷。
总结起来,钢结构检查所需专业知识主要有:
工程视图知识、焊接基本知识、测量基础知识、金属表面处理与防腐基础知识。
钢结构检查主要控制项点有:
1、备件:
底架主要备件、车顶主要备件、侧墙主要备件、端墙主要备件的形位尺寸和防腐。
2、大部件:
枕梁组成、牵引梁组成、缓冲梁组成、牵枕缓端梁组成、底架组成、车顶组成、侧墙组成、端墙组成的形位尺寸和焊接、防腐。
3、车体大部件总组装的形位尺寸和焊接、防腐。
4、车体总成的一次、二次调修,附件安装定位尺寸、焊接和紧固,段焊密封,最终的焊补打磨、除碳黑和激烤点以及补涂预涂底漆。
2.2车体钢结构重要质量特性
通过以上对车体钢结构基本组成和生产制造的基本流程的了解,我们已经知道了车体钢结构检查控制所需的专业知识有哪些,知道了检查控制的主要内容,但在实际的检查控制过程中,检查员需要检查确认的项目太多,如何把握检查过程中的重点内容,需要我们对车体钢结构的重要质量特性有清醒认识。
我们必须了解掌握车体钢结构与车辆运行安全相关的重要质量特性。
车体钢结构满足车辆运行安全应至少有两方面保证,一是钢结构本身的强度、刚度满足承载车内设施和旅客重量要求以及车辆运行时车辆牵引、撞击力的要求。
二是钢结构本身结构尺寸满足车体落到转向架之后能够确保车辆在一定速度下在平直和弯曲的轨道上安全的运行。
要保证车体能够承载,车体钢结构在焊接质量确保的同时,车体挠度必须完全符合技术要求。
要保证车体能够经受车辆运行时牵引、撞击,牵引梁、枕梁的组成焊接质量以及牵引梁与枕梁、枕梁与底架边梁的焊接质量必须可靠,而且,安装钩缓装置的牵引梁前后丛板座铆接质量必须可靠。
要保证车体在车辆运行时可靠的通过不同工况轨道,车体倾斜不能超设计允许值,钢结构底架枕中距、同一位枕梁和所有枕梁的旁承面高度差以及旁承与芯盘高度差的值必须在设计允许范围内。
综上所述,钢结构关键检查控制点主要有两方面:
重要形位尺寸和重要部位铆接、焊接。
类
序号
内容
重要形位尺寸
1
底架组成后枕梁中心距、枕梁对角线差。
2
底架组成后旁承高度差、旁承与芯盘高度差。
3、
车体落成后车体挠度、枕外上翘、下垂、车体倾斜值
4
G型车牵引梁车钩防跳板高度尺寸。
5
冲击座距轨面高度尺寸。
重要铆接焊接部位
1
G型车丛板座铆接、T型车车钩安装座铆接。
2
牵引梁腹板埋弧焊焊缝,牵引梁与枕梁对接焊缝。
3
底架边梁对接焊缝。
枕梁与底架边梁焊缝。
4
行李车、发电车缓冲梁与底架边梁焊缝。
5
底架悬吊件安装座与底架横梁、边梁之间焊缝。
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