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1EN15085-3Railwayapplications-Weldingofrailwayvehiclesandcomponents—Part3:Designrequirements轨道应用—轨道车辆及其部件的焊接—第三部分谢建春2013-11-232一、EN15085是什么？1、EN15085是建立在ISO3834基础上，针对轨道交通行业焊接质量要求的一套标准；前身是DIN6700，之后上升为欧洲标准。2、ISO3834金属材料熔化焊的质量要求，建立在ISO9001基础上。换句话说，执行EN15085时，其前提是企业相应的质量管理符合ISO3834、ISO9001要求。3、因此，EN15085是针对轨道交通焊接件的质量管理体系。这里的质量，包括全过程，合同、设计、工艺、生产（含设备、环境）、检验、分包。3摘自EN15085-24摘自ISO3834-15二、EN15085内容简介1、EN15085-1总则（1）适用范围：轨道车辆及其部件的制造和维修过程中金属材料的焊接。包括钢、铝的焊接；也包括铸件的焊接。特殊设备不包括，如气罐。（2）术语定义2、EN15085-2质量要求与资格认证（1）认证级别CL1-CL4认证级别与部件之前的关系（2）焊接企业质量要求a、焊工、焊接责任人员、检验人员b、技术要求，满足ISO3834的技术装备；以及附加条件。6（3）焊接责任人员组织机构要求授权、任务、分工、责任。（4）认证程序文件审核、现场审核、专业谈话。（5）证书有效期最多为3年。3、EN15085-3设计要求（1）焊缝质量等级设计（2）明确焊缝质量等级、缺陷等级、检验等级之间的关系（3）针对焊接特点提出的工艺性、可靠性等方面的设计要求（4）坡口资料4、EN15085-4生产要求（1）工艺规程（WPS）、工艺评定（WPQR）（2）工作试件：验证设计、工艺、技能、质量（3）焊接现场施工要求：类似工艺守则（4）材料：母材、气体、焊丝等的质量证明及其存储75、EN15085-5检验、试验与文件（1）、焊前、焊中、焊后的检验项点及执行权限（2）、检验计划和检验标准（3）、不符合项和纠正措施（4）、分包商（5）、可追溯性8三、EN15085-3设计师们偏重于可靠性和整体的设计，对工艺性、经济性，特别是结构细节考虑较少，而EN15085标准·设计规定中充分体现了德国人的严谨细致的风格，体现出现在更为科学的“合于使用原则”，在结构细节上有明确的规定。在EN15085-3中绝大多数的内容是出于工艺、质量的考虑而提出的要求，也从侧面反应如果满足这些条款要求，焊接产品才能更可靠。9★设计图纸中需要确定的主要内容静载计算疲劳计算安全性分析焊缝细节应力等级安全等级焊缝质量等级缺陷等级检验等级结构设计10★设计图纸中需要确定的主要内容一般说设计图纸需对产品的验收条件作出规定，比如普通加工的公差、原材料成分的偏差、原材料厚度的偏差等等。有些验收条件是直接引用标准，有些是给出具体值。同样，焊接作为设计中的一种连接方式，也应有相关的验收要求，即焊缝缺欠的许可程度、结构尺寸偏差。ISO5817焊接-钢、镍、钛及其合金的熔化焊接头（高能束焊接接头除外）-缺欠质量分级ISO10042焊接-铝及铝合金的弧焊接头-缺欠评定组别11焊接总是存在的缺欠的，只是现有手段能否发现的问题，以及发现缺欠是否需要去处理（经济性、可行性）。当缺欠达到一定程度之后，就被认定为缺陷，缺陷是必须进行返修处理的。很明显，缺欠的多与少会影响结构的承载能力、可靠性。那么，检验的状态也就会影响承载能力系数的选择。如果要求是100%内外部全检，结构设计时承载系数大于0.9也允许。在欧洲标准中DIN18800《钢结构设计制造》将检验范围与许用承载能力进行了联系。在EN15085中将承载状态等级、安全等级与对焊缝的检验等级要求进行对应。例如：若按规则设定的焊缝等级，其检验难以实施，则要求降低应力等级或安全等级。12注：为便于阅读，后续条款号与标准保持一致。4.2接头静载计算计算应力应小于或等于部件的许用应力，该许用应力为规程中或制造商建议并需获得权威认可机构的认可。焊缝的静载计算举例：在附录B、C中列出的“有效截面ar应进行局部的计算以确保焊缝截面是规定的，且足以承受静载应力。13144.3接头疲劳计算接头应根据承载状态和安全性需求进行设计。在标准、规范、方法、指导准则中定义的根据应力/循环曲线定义的许用疲劳强度，需由规程中或制造商推荐，且必须获得权威的验收机构或相关的国家安全监督机构的认可。参考曲线应是规程中给出的，或是由制造商建议的并经过用户同意的。通常该曲线都适用于特定类型的接头（对接焊缝、角焊缝等）英国标准（BS7608：1993）（Codeofpracticeforfatiguedesignandassessmentofsteelstructures）国际焊接学会标准（IIW）(Fatiguedesignofweldedjointsandcomponents)美国AAR货车结构疲劳设计标准等[3][4]5]。155BS7608针对不同接头形式及加工状态给出不同的许用疲劳值16摘自BS760817摘自BS7608185195204.6焊缝质量等级焊缝质量等级应在设计阶段根据安全性需求和承载状态进行定义。相关的焊接责任人员应就实用性和可行性进行协商。轨道车辆的焊接接头分为6个焊缝质量等级（见表2）如果焊缝质量等级为CPA、CPB和CPC1的接头，可以在生产过程进行检查，但不能在维护中进行检查和修理，那么，这样的接头应根据表3划分为更高一级的检验等级，或减小其载荷级别。如果不能达到焊缝质量等级的要求，设计人员应当降低承载状态或更改设计，见附录D和附录E。焊缝整形是一个可以增加装配许用疲劳载荷的方法，其结果可以降低焊缝质量等级。21522234.7焊缝检验等级每个焊接接头的检验等级是根据该接头的焊缝质量等级来定义的，见表3。这些检验等级用来识别焊接接头所需进行的检验的不同类别和最低等级。24摘自EN15085-5255265咬边、背面缩沟、余高、下塌、未焊满276母材和焊接填充材料的选择6.1母材的选择母材应符合CENISO/TR15608中材料分类的要求并具有确定的可焊性。如果材料与合适的EN标准一致并被视为可焊接材料，那么便可认为具有符合ISO/TR581的可焊性。如果一种母材没有确定的可焊性，制造商应当通过焊接工艺评定（WPQR）向客户或操作人员证明，使用该母材的接头性能符合设计办公室或工程部门制订的要求。要求有中、高安全等级焊接接头的轨道车辆零件，只能使用具有或符合动载疲劳强度值的母材。6.2焊接填充材料的选择如果对选定的焊接填充材料的特性存在怀疑，制造商应当通过焊接工艺评定（WPQR）向客户或操作人员证明，使用该填充材料的接头性能符合设计办公室或工程部门制订的要求。287焊接接头的设计●焊接接头应当避免截面上有锐边和突然变化的截面。应当尽量不要妨碍力线的通过。297焊接接头的设计●如果可能，各焊接件的中心线应当交于一个点上。焊缝也应避免处在应力高的区域。如果做不到这一点，应采用更高的检验要求。焊接接头不均匀性30焊接残余应力317焊接接头的设计●必要时，应决定在开发过程中通过焊接工作试件提供焊缝计算厚度的证明。33.5°焊接操作空间限制或坡口与推荐有差别，都有可能影响实际焊缝厚度。55°327焊接接头的设计●在母材和焊接填充材料的可焊性方面，应当遵守制造商提出的要求和建议。●对于在厚度方向承受载荷的钢部件，应根据EN1011-2采取合适的设计措施，应选择在厚度方向有断面收缩率要求的材料。通常符合ISO15608第2.1组以下的材料焊接性都可以GB5313厚度方向性能钢板EN10164钢制品的厚度方向耐形变性能--订货时性能技术条件33●衬垫（熔池的永久性支撑）也应列入计算的考虑之内。铝结构的衬垫上最好增设一条槽。●在铝结构或钢结构的T形接头上，可能需要使用开坡口的衬垫，例如在焊接半V形坡口的对接焊缝时34钢正面钢背面铝背面铝正面35●防腐问题应当通过合适的焊接设计，例如采用全焊透焊缝得到保证。对部分焊透焊缝或断续焊缝应采用足够的防腐措施。●图纸上应当标出用打钢印的部位。●为了减少变形，焊接接头应沿组件中心线或对称于这一中心线布置。●组件的设计应当为焊接或检查提供尽可能最好的接近条件。●应当避免接头的积聚。如果需要，可以使用锻件或铸件。●应当避免在受拉梁翼上利用横向焊缝焊接附属零件。36●在冷成型钢或铝及铝合金材料的热影响区，计算时应当考虑到强度的下降。●应当避免在一个组件是既有焊接接头又有螺栓连接或铆接接头。37387.3.1箱形梁如果是具有受拉梁翼（受力弯曲）的箱形截面焊缝，只有通过计算证明梁腹焊缝根部的应力级别低于规定值这样的梁腹硬度下，才允许通过单面角焊缝连接下梁翼与梁腹。图1所示为受拉梁翼内应力级别高的箱形梁。39405417.3.3塞焊和槽焊塞焊和槽焊只能用于焊缝质量等级为CPC2、CPC3或CPD的焊缝以及只受剪切应力的焊缝。圆形孔或腰形槽的尺寸应允许电焊条或焊炬以最小45°的角度触到焊接处。对于薄板，要求孔径大于或等于零件厚度的四倍，腰形槽的长度大于或等于孔径的三倍。425437.3.4两个接头的间距焊缝的位置应保持一定的距离，以使热影响区不相互重叠。只有在设计中已经考虑到了热处或硬化处理效应的时候（例如残余应力、强度下降、硬度降低），才允许热影响区重叠。为了减少角变形的和内应力的形成，两个接头之间的最小距离应根据连接的零件厚度和组件的夹紧装置来确定。厚度小于20mm时，尤其是铝材或高强度钢，建议相互之间至少应保留50mm的熔铸区，见图5。447.3.5焊接到纵向焊缝上的加强衬板部件上应当避免出现角焊缝横穿对接焊缝时出现开口。这些部位上的焊缝余高应当进行打磨，使横穿焊缝时焊接不会出现间断。457.3.6截面开口应当避免出现开口，如果需要开口，那么开口应当足够大，周围能由密封焊缝环绕而不会在连接焊缝的热影响区内形成内应力。467.3.7角撑板端部和加强筋端部图8、图9所示是角撑板和加强筋板端的设计举例。为了能够形成环绕焊缝，角撑板端部和加强筋板端部的设计应如图8所示。达不到该要求容易造成咬边保证主焊缝能够连续施焊。477.3.8角撑板的形状大部分部件（受动载部件）疲劳失效的原因都与结构形式有关，应力传递不畅和应力集中。487.3.9端部绕焊（包角）焊缝应当环绕着角撑板的端部。如果可能，在长度L上应没有间断现象，L的长度至少等于2t。A）通常可以避免端部出现腐蚀问题，这与焊缝质量级别无关。B）在高应力处C）如果焊缝为CPC3或CPD，则不一定要求端部绕焊。497.3.10角焊缝设计角焊缝时，应当考虑到下列要求：角焊缝通常应是等腰的。如果因结构上的原因或需要更好力线传递，除了标注焊缝厚度a，图中也可以标注焊角高度z。角焊缝的焊缝厚度a不应大于计算值。然而，为了技术或焊接工程目的，这一值也可以增大。焊接量大，容易引起很多问题：１、变形大；２、焊接残余应力增加；３、热影响区范围变大，影响承载能力能；４、费工费料。5051根部未熔合，由于距离边缘近，因而焊接时非常容易产生边缘熔化，焊接操作时速度难以掌握。52厚度小于20mm时，尤其是铝材或高强度钢，建议相互之间至少保留50mm的熔铸区，见图12。537.3.11对接焊缝如果是焊缝质量等级为CPA和CPB的焊缝，应当在焊缝开始处和结束处使用引弧板和收弧板，见图13中的举例。如果是其他对接焊缝，可能使用引弧板和收弧板以防止焊道在开始时出现未焊透现象和在结束时出现弧坑裂纹（见EN15085-4：2007，5.2.1）。引弧板和收弧板应在图纸上标出。引弧板和收弧板的安装应当保证焊接能在其需要的长度以外开始和停止。焊接零件与要“集成”或焊接到其上的所有小的引弧板和收弧板都应该是同种材质。引弧板和收弧板即可以用机械方法固定也可以用磁力方法固定，也可以焊上。接头连接完成之后，引弧板和收弧板可以通过机械方法去除了，也可以用火焰或等离子进行切割。去除