铁路客车水箱渗漏故障改进研究范文

摘要：分析了铁路客车水箱渗漏惯性故障的原因，并从设计结构、工艺制造、质量管控等方面提出了改进意见。

关键词：铁路客车；水箱；渗漏故障；改进；方案

本文主要探讨铁路客车给水装置中水箱的惯性渗漏故障，并提出相应的改进方案。图1对近2年收集的铁路客车水箱渗漏故障源头信息进行了分类统计。由图1可以看出，76％的水箱渗漏故障由焊缝原因引起。

1原因分析

（1）设计结构。2012年以前，部分客车给水装置两侧注水管管径为DN25mm且设有单向阀，溢水管管径为DN20mm。按TB／T1720—2010《铁道客车及动车组给水装置》要求对水箱进行注水试验时，该标准规定注水压力不得小于490kPa，而在注水压力为460kPa时，水箱内部剩余压力已达110kPa，远超TB／T1720—2010规定的“水箱内部剩余压力不大于25kPa”的要求。由此可知，给水装置两侧注水管设有单向阀时，仅靠DN20溢水管溢水，水箱内部剩余压力较高，容易造成水箱鼓胀、变形。（2）水箱材料。早期采用302不锈钢板制造，耐晶间腐蚀较差，水箱长时间使用会使板材发生晶间腐蚀，造成渗漏。（3）防波板、端板强度。部分水箱防波板由不锈钢板拼焊组成，过水孔开口过大，整体强度不足，在水箱存水的冲击下会发生扭曲变形，失去抑波功能。同时由于端板补强不足，在防波板不能有效抑制水波冲击的情况下端板也容易发生鼓包和变形。（4）箱体结构。椭圆水箱箱体由4块钢板拼焊组成，较多水箱因焊接不良（尤其是下部2条焊缝）产生裂纹导致渗漏。方水箱由6块钢板拼焊组成，焊缝多在边角处，焊接质量不易控制，配合间隙较大，焊接过程容易形成应力集中，长时间运行可能会导致焊缝脱焊或者撕裂，造成水箱渗漏。另外水箱内部防波板为单侧角接段焊，强度较弱，其下部受水箱存水冲击时容易脱焊或撕裂水箱箱体，造成水箱渗漏。（5）制造工艺。焊接前未对材料进行彻底清洁处理，材料表面有油污等导致焊缝不良率较高，影响焊接质量；焊接时对焊缝周边防护不足，飞溅点容易出现点腐蚀现象，造成水箱渗漏；焊接时电流过大致使母材中铬元素下降，下降到一定的比例时，铬会溶解在铁表面形成的氧化物中无法形成有效保护膜；采用手工金属电弧焊，随意引弧易造成母材擦伤，焊工如常用带棱角铁锤敲击箱体以矫正焊接变形，或用尖角锤清除渣皮，也容易引起不锈钢钝化膜损伤，存在腐蚀风险。（6）质量管控。个别批次不锈钢板材有砂眼、隐藏裂纹等缺陷，存在渗漏隐患；个别零件加工、安装质量控制不到位，如清扫孔螺栓滑扣造成渗漏；水箱组焊完成后仅对水箱进行目视检查和水压试验，焊缝成形及探伤检查要求低。（7）现场管控。钢板入库存放后，部分处于挠曲状态或局部受力。长期在这种状态下存放，钢板内部应力分布不均衡，不利于后续焊接过程。焊接完成后水箱长期存放于潮湿环境，存在腐蚀隐患。水箱焊接时，固定水箱用的夹具大多为碳钢材质，在高温焊接条件下与不锈钢水箱接触过程中容易导致碳原子渗透污染不锈钢，存在腐蚀隐患。（8）试验参数。TB／T1720—2010对振动、冲击试验时的水箱储水量没有明确的数值规定，行业内各主机厂对水箱保压试验压力（有25kPa、98kPa、150kPa3种）及保压时长（有5min和15min2种）也没有统一的要求，试验参数不统一，无法在试验阶段充分验证和排除水箱渗漏的隐患。

2改进方案

目前铁路客车水箱渗漏事故主要集中在椭圆水箱和方水箱，所以本文重点从设计、工艺、质量方面对椭圆水箱和方水箱进行改进。2．1优化设计结构图2为优化结构水箱给水装置。优化结构水箱给水装置取消了单向阀，合理配置了注水管及溢水管管径。注水管管径由DN25mm增大为DN32mm；溢水管管径由DN20mm增大为DN25mm。优化后进行注水试验，测得水箱内部剩余压力为17～20kPa，满足TB／T1720—2010的要求。

2．2优化水箱材料

304不锈钢在焊接过程中不易发生晶间腐蚀，可用于一般性抗腐蚀环境。综合考虑，水箱板材建议采用具有优良耐腐蚀性能和抗晶间腐蚀性能的304不锈钢。

2．3提高端板、防波板强度

椭圆水箱端板用4mm不锈钢板冲压成型后，在端面进行补强处理，以提高强度。同时在防波板上设置合适大小的过水孔并进行补强，使其抵抗变形的能力更强（图3）。方水箱防波板结构由原来的只有数道横向防波板改为横向、纵向插接式防波板，各防波板间距不得大于500mm。横向、纵向防波板之间插接并进行段焊，以保证水箱强度（图4）。

2．4箱体结构改进

椭圆水箱箱体由4块3mm不锈钢板改成由2块3mm不锈钢板焊接而成，避免了底部2条焊缝，彻底杜绝了底部焊缝渗漏现象。方水箱采用箱体包板整体成型工艺，底板与盖板均整体折边成型，盖板与箱体为搭接焊，避免了底部4条长焊缝，减少了侧面及顶部焊缝，最大程度避免了底部出现焊缝渗漏的情况。方水箱防波板折边处理，与箱体包板下部由对接焊改为搭接焊，提升了强度，防止防波板脱焊或撕裂；防波板上部与箱体上盖板采用插接周圈焊接方式，将防波板局部凸台伸出箱体上盖板，在水箱外表面进行焊接，提高了箱体的整体强度，保证了焊接质量。在椭圆水箱箱体吊座、防波板位置增加2条腰带，减轻箱体包板与防波板焊缝负荷，防止箱体包板膨胀变形。

2．5制造工艺改进

（1）水箱焊接需满足EN15085系列焊接标准要求。（2）箱体焊接要求采用熔化极活性气体保护电弧焊（MAG）焊接，相对手工焊接，MAG焊接接头减少，大大降低了产生焊接接头缺陷的风险，有效避免了焊缝裂纹源。（3）对焊缝两侧进行防护或采用脱焊剂，避免飞溅点破坏母材氧化膜，焊后对焊缝进行钝化防腐处理，防止出现锈蚀源。

2．6质量管控改进

（1）严格把控板材质量，进货时需提供相关检验标准的耐晶间腐蚀报告，避免发生因原材料不合格引起水箱渗漏。采购焊接材料时，其质量证明书内容应齐全，并符合相关技术条件要求。（2）对水箱成品进行严格的水箱质量检查，对水箱外部进行100％目视检查，对外部焊缝进行100％渗透探伤；严格执行水箱保压试验，重点控制水箱内部剩余压力试验。（3）对焊工进行定期培训，以提高其焊接技术并增强产品质量意识。对水箱工装设备状态进行定期抽检，确保水箱生产过程可控，质量问题可追溯。

2．7现场环境管控

水箱钢板长期存放时应避免局部受力的状况，同时放置于干燥、通风环境中，避免暴露于室外或温湿度较高的密闭空间，避免与酸碱类等腐蚀性物质一起存放。建议储存温度为（20±10）℃，湿度为（60±10）％。碳钢夹具与不锈钢水箱接触面需增加不锈钢垫板，防止水箱加工过程中被碳钢夹具碳原子污染，产生腐蚀隐患。水箱制成后，应将水箱存放在防雨、防潮环境中，排空内部存水。

2．8优化试验参数

TB／T1720—2010对振动、冲击试验水箱储水量规定为“水量不低于水箱容量的1／2”，2016年修订版征集意见稿中改为“水箱组成后，向水箱注满水进行试验”。为掌握不同储水量情况下振动冲击的水箱应力和变形情况，对椭圆水箱和方形水箱在50％、80％、100％不同盛水量状态下按照GB／T21563—2008《轨道交通机车车辆设备冲击和振动试验》1类A级施加冲击载荷进行模拟仿真计算。对比计算结果可知，相同计算条件下椭圆水箱箱体及防波板最大应力和位移出现在盛水量为100％的情况下（表1），方水箱出现在盛水量为80％的情况下（表2），因此，建议水箱振动、冲击试验时水箱储水量按不小于水箱容积的80％执行。根据水箱仿真计算以及现场试验，建议规定水箱保压试验压力为98kPa，保压时长不小于15min。避免保压值过小起不到查漏作用，保压值过大导致水箱严重鼓胀而损坏水箱结构的情况。

作者：陈文杰 鲁长林 高健飞 张文静 刘玉弟 单位：中车南京浦镇车辆有限公司