鐵路客車水箱滲漏故障改進(jìn)研究范文

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摘要：分析了鐵路客車水箱滲漏慣性故障的原因，并從設(shè)計結(jié)構(gòu)、工藝制造、質(zhì)量管控等方面提出了改進(jìn)意見。

關(guān)鍵詞：鐵路客車；水箱；滲漏故障；改進(jìn)；方案

本文主要探討鐵路客車給水裝置中水箱的慣性滲漏故障，并提出相應(yīng)的改進(jìn)方案。圖1對近2年收集的鐵路客車水箱滲漏故障源頭信息進(jìn)行了分類統(tǒng)計。由圖1可以看出，76％的水箱滲漏故障由焊縫原因引起。

1原因分析

（1）設(shè)計結(jié)構(gòu)。2012年以前，部分客車給水裝置兩側(cè)注水管管徑為DN25mm且設(shè)有單向閥，溢水管管徑為DN20mm。按TB／T1720—2010《鐵道客車及動車組給水裝置》要求對水箱進(jìn)行注水試驗(yàn)時，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定注水壓力不得小于490kPa，而在注水壓力為460kPa時，水箱內(nèi)部剩余壓力已達(dá)110kPa，遠(yuǎn)超TB／T1720—2010規(guī)定的“水箱內(nèi)部剩余壓力不大于25kPa”的要求。由此可知，給水裝置兩側(cè)注水管設(shè)有單向閥時，僅靠DN20溢水管溢水，水箱內(nèi)部剩余壓力較高，容易造成水箱鼓脹、變形。（2）水箱材料。早期采用302不銹鋼板制造，耐晶間腐蝕較差，水箱長時間使用會使板材發(fā)生晶間腐蝕，造成滲漏。（3）防波板、端板強(qiáng)度。部分水箱防波板由不銹鋼板拼焊組成，過水孔開口過大，整體強(qiáng)度不足，在水箱存水的沖擊下會發(fā)生扭曲變形，失去抑波功能。同時由于端板補(bǔ)強(qiáng)不足，在防波板不能有效抑制水波沖擊的情況下端板也容易發(fā)生鼓包和變形。（4）箱體結(jié)構(gòu)。橢圓水箱箱體由4塊鋼板拼焊組成，較多水箱因焊接不良（尤其是下部2條焊縫）產(chǎn)生裂紋導(dǎo)致滲漏。方水箱由6塊鋼板拼焊組成，焊縫多在邊角處，焊接質(zhì)量不易控制，配合間隙較大，焊接過程容易形成應(yīng)力集中，長時間運(yùn)行可能會導(dǎo)致焊縫脫焊或者撕裂，造成水箱滲漏。另外水箱內(nèi)部防波板為單側(cè)角接段焊，強(qiáng)度較弱，其下部受水箱存水沖擊時容易脫焊或撕裂水箱箱體，造成水箱滲漏。（5）制造工藝。焊接前未對材料進(jìn)行徹底清潔處理，材料表面有油污等導(dǎo)致焊縫不良率較高，影響焊接質(zhì)量；焊接時對焊縫周邊防護(hù)不足，飛濺點(diǎn)容易出現(xiàn)點(diǎn)腐蝕現(xiàn)象，造成水箱滲漏；焊接時電流過大致使母材中鉻元素下降，下降到一定的比例時，鉻會溶解在鐵表面形成的氧化物中無法形成有效保護(hù)膜；采用手工金屬電弧焊，隨意引弧易造成母材擦傷，焊工如常用帶棱角鐵錘敲擊箱體以矯正焊接變形，或用尖角錘清除渣皮，也容易引起不銹鋼鈍化膜損傷，存在腐蝕風(fēng)險。（6）質(zhì)量管控。個別批次不銹鋼板材有砂眼、隱藏裂紋等缺陷，存在滲漏隱患；個別零件加工、安裝質(zhì)量控制不到位，如清掃孔螺栓滑扣造成滲漏；水箱組焊完成后僅對水箱進(jìn)行目視檢查和水壓試驗(yàn)，焊縫成形及探傷檢查要求低。（7）現(xiàn)場管控。鋼板入庫存放后，部分處于撓曲狀態(tài)或局部受力。長期在這種狀態(tài)下存放，鋼板內(nèi)部應(yīng)力分布不均衡，不利于后續(xù)焊接過程。焊接完成后水箱長期存放于潮濕環(huán)境，存在腐蝕隱患。水箱焊接時，固定水箱用的夾具大多為碳鋼材質(zhì)，在高溫焊接條件下與不銹鋼水箱接觸過程中容易導(dǎo)致碳原子滲透污染不銹鋼，存在腐蝕隱患。（8）試驗(yàn)參數(shù)。TB／T1720—2010對振動、沖擊試驗(yàn)時的水箱儲水量沒有明確的數(shù)值規(guī)定，行業(yè)內(nèi)各主機(jī)廠對水箱保壓試驗(yàn)壓力（有25kPa、98kPa、150kPa3種）及保壓時長（有5min和15min2種）也沒有統(tǒng)一的要求，試驗(yàn)參數(shù)不統(tǒng)一，無法在試驗(yàn)階段充分驗(yàn)證和排除水箱滲漏的隱患。

2改進(jìn)方案

目前鐵路客車水箱滲漏事故主要集中在橢圓水箱和方水箱，所以本文重點(diǎn)從設(shè)計、工藝、質(zhì)量方面對橢圓水箱和方水箱進(jìn)行改進(jìn)。2．1優(yōu)化設(shè)計結(jié)構(gòu)圖2為優(yōu)化結(jié)構(gòu)水箱給水裝置。優(yōu)化結(jié)構(gòu)水箱給水裝置取消了單向閥，合理配置了注水管及溢水管管徑。注水管管徑由DN25mm增大為DN32mm；溢水管管徑由DN20mm增大為DN25mm。優(yōu)化后進(jìn)行注水試驗(yàn)，測得水箱內(nèi)部剩余壓力為17～20kPa，滿足TB／T1720—2010的要求。

2．2優(yōu)化水箱材料

304不銹鋼在焊接過程中不易發(fā)生晶間腐蝕，可用于一般性抗腐蝕環(huán)境。綜合考慮，水箱板材建議采用具有優(yōu)良耐腐蝕性能和抗晶間腐蝕性能的304不銹鋼。

2．3提高端板、防波板強(qiáng)度

橢圓水箱端板用4mm不銹鋼板沖壓成型后，在端面進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)處理，以提高強(qiáng)度。同時在防波板上設(shè)置合適大小的過水孔并進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，使其抵抗變形的能力更強(qiáng)（圖3）。方水箱防波板結(jié)構(gòu)由原來的只有數(shù)道橫向防波板改為橫向、縱向插接式防波板，各防波板間距不得大于500mm。橫向、縱向防波板之間插接并進(jìn)行段焊，以保證水箱強(qiáng)度（圖4）。

2．4箱體結(jié)構(gòu)改進(jìn)

橢圓水箱箱體由4塊3mm不銹鋼板改成由2塊3mm不銹鋼板焊接而成，避免了底部2條焊縫，徹底杜絕了底部焊縫滲漏現(xiàn)象。方水箱采用箱體包板整體成型工藝，底板與蓋板均整體折邊成型，蓋板與箱體為搭接焊，避免了底部4條長焊縫，減少了側(cè)面及頂部焊縫，最大程度避免了底部出現(xiàn)焊縫滲漏的情況。方水箱防波板折邊處理，與箱體包板下部由對接焊改為搭接焊，提升了強(qiáng)度，防止防波板脫焊或撕裂；防波板上部與箱體上蓋板采用插接周圈焊接方式，將防波板局部凸臺伸出箱體上蓋板，在水箱外表面進(jìn)行焊接，提高了箱體的整體強(qiáng)度，保證了焊接質(zhì)量。在橢圓水箱箱體吊座、防波板位置增加2條腰帶，減輕箱體包板與防波板焊縫負(fù)荷，防止箱體包板膨脹變形。

2．5制造工藝改進(jìn)

（1）水箱焊接需滿足EN15085系列焊接標(biāo)準(zhǔn)要求。（2）箱體焊接要求采用熔化極活性氣體保護(hù)電弧焊（MAG）焊接，相對手工焊接，MAG焊接接頭減少，大大降低了產(chǎn)生焊接接頭缺陷的風(fēng)險，有效避免了焊縫裂紋源。（3）對焊縫兩側(cè)進(jìn)行防護(hù)或采用脫焊劑，避免飛濺點(diǎn)破壞母材氧化膜，焊后對焊縫進(jìn)行鈍化防腐處理，防止出現(xiàn)銹蝕源。

2．6質(zhì)量管控改進(jìn)

（1）嚴(yán)格把控板材質(zhì)量，進(jìn)貨時需提供相關(guān)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的耐晶間腐蝕報告，避免發(fā)生因原材料不合格引起水箱滲漏。采購焊接材料時，其質(zhì)量證明書內(nèi)容應(yīng)齊全，并符合相關(guān)技術(shù)條件要求。（2）對水箱成品進(jìn)行嚴(yán)格的水箱質(zhì)量檢查，對水箱外部進(jìn)行100％目視檢查，對外部焊縫進(jìn)行100％滲透探傷；嚴(yán)格執(zhí)行水箱保壓試驗(yàn)，重點(diǎn)控制水箱內(nèi)部剩余壓力試驗(yàn)。（3）對焊工進(jìn)行定期培訓(xùn)，以提高其焊接技術(shù)并增強(qiáng)產(chǎn)品質(zhì)量意識。對水箱工裝設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行定期抽檢，確保水箱生產(chǎn)過程可控，質(zhì)量問題可追溯。

2．7現(xiàn)場環(huán)境管控

水箱鋼板長期存放時應(yīng)避免局部受力的狀況，同時放置于干燥、通風(fēng)環(huán)境中，避免暴露于室外或溫濕度較高的密閉空間，避免與酸堿類等腐蝕性物質(zhì)一起存放。建議儲存溫度為（20±10）℃，濕度為（60±10）％。碳鋼夾具與不銹鋼水箱接觸面需增加不銹鋼墊板，防止水箱加工過程中被碳鋼夾具碳原子污染，產(chǎn)生腐蝕隱患。水箱制成后，應(yīng)將水箱存放在防雨、防潮環(huán)境中，排空內(nèi)部存水。

2．8優(yōu)化試驗(yàn)參數(shù)

TB／T1720—2010對振動、沖擊試驗(yàn)水箱儲水量規(guī)定為“水量不低于水箱容量的1／2”，2016年修訂版征集意見稿中改為“水箱組成后，向水箱注滿水進(jìn)行試驗(yàn)”。為掌握不同儲水量情況下振動沖擊的水箱應(yīng)力和變形情況，對橢圓水箱和方形水箱在50％、80％、100％不同盛水量狀態(tài)下按照GB／T21563—2008《軌道交通機(jī)車車輛設(shè)備沖擊和振動試驗(yàn)》1類A級施加沖擊載荷進(jìn)行模擬仿真計算。對比計算結(jié)果可知，相同計算條件下橢圓水箱箱體及防波板最大應(yīng)力和位移出現(xiàn)在盛水量為100％的情況下（表1），方水箱出現(xiàn)在盛水量為80％的情況下（表2），因此，建議水箱振動、沖擊試驗(yàn)時水箱儲水量按不小于水箱容積的80％執(zhí)行。根據(jù)水箱仿真計算以及現(xiàn)場試驗(yàn)，建議規(guī)定水箱保壓試驗(yàn)壓力為98kPa，保壓時長不小于15min。避免保壓值過小起不到查漏作用，保壓值過大導(dǎo)致水箱嚴(yán)重鼓脹而損壞水箱結(jié)構(gòu)的情況。

作者：陳文杰 魯長林 高健飛 張文靜 劉玉弟 單位：中車南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司