Vistas: 0 Autor: Editor del sitio Hora de publicación: 2026-09-07 Origen: Sitio
un completo El volquete de automóviles puede pesar varios cientos de toneladas y su par de vuelco supera varios miles de toneladas-metro. Cada ciclo de trabajo somete la estructura a cargas alternas, tensiones de impacto y ciclos de fatiga. Su estructura de acero sirve como esqueleto mecánico y cualquier defecto de soldadura puede provocar una falla estructural después de decenas de miles de ciclos de trabajo. Este artículo detalla los puntos técnicos clave de la soldadura de estructuras de acero para volquetes de automóviles desde tres dimensiones: estructura, proceso y calidad.
Los miembros principales que soportan carga de la estructura de acero del volquete incluyen:
Las vigas principales suelen adoptar vigas de sección cajón con espesores de placa de 20 mm a 60 mm, fabricadas en acero Q345B/Q345C, que resisten momentos de flexión y fuerzas de corte durante el vuelco.
Las vigas finales conectan los extremos de las vigas principales. Las soldaduras a tope entre las vigas finales y las vigas principales son soldaduras Clase I de penetración total y requieren una aceptación UT del 100 %.
La plataforma giratoria (plataforma volcadora) soporta directamente el peso de los vagones de ferrocarril. Su estructura es principalmente una viga cajón circular o una estructura compuesta tipo armadura. Las áreas de conexión con el sistema de accionamiento tienen altas concentraciones de tensión, con un diseño de soldadura clasificado como Clase I, que requiere control de la tensión residual post-soldadura.
Los soportes de rodillos soportan el peso propio total y las cargas dinámicas. El espesor de la placa base varía de 80 mm a 120 mm, lo que corresponde a la soldadura de placas ultragruesas, que requiere precalentamiento, control de temperatura entre pasadas y tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT).
Componentes como los brazos de sujeción y las placas de soporte soportan el impacto dinámico de los vagones en cada vuelco. A menudo implican soldaduras de acero diferentes entre acero de alta resistencia y acero resistente al desgaste (por ejemplo, Q345 + NM400). La coincidencia de los consumibles de soldadura y la calificación del procedimiento de soldadura deben verificarse por separado.
Los soportes de los puntos de articulación del sistema de accionamiento hidráulico son zonas típicas de concentración de altas tensiones. Las soldaduras deben cumplir con los requisitos de diseño de resistencia a la fatiga, generalmente evaluados según las normas de diseño de fatiga BS 7608 o IIW (Instituto Internacional de Soldadura), correspondientes a la clase F2 o G en curvas SN.
Para cada tipo de configuración de unión, se deben completar pruebas de calificación de procedimientos de soldadura (PQR) antes de la soldadura de producción para verificar que las propiedades mecánicas del metal de soldadura cumplan con los requisitos de diseño. Los indicadores básicos de evaluación incluyen:
Artículo de prueba |
Requisito típico (Q345B/C) |
Resistencia a la tracción |
≥ 490MPa |
Fuerza de producción |
≥ 345MPa |
Elongación después de la fractura |
≥ 21% |
Energía de impacto (KV₂) a -20 ℃/-40 ℃ |
≥ 34J / ≥ 27J (dependiendo del espesor y temperatura de diseño) |
Prueba de flexión |
Curva frontal/curvatura de raíz 180°, sin grietas |
Para placas gruesas (≥40 mm) y aceros utilizados en condiciones de baja temperatura, se requieren pruebas de tracción adicionales en la dirección Z para evaluar la susceptibilidad al desgarro laminar del metal base. La reducción en la dirección Z del área ψz ≥ 35% se requiere para miembros críticos que soportan carga.
Propiedades mecánicas del metal base (Serie GB/T 1591 Q345)
Propiedad |
Q345B |
Q345C |
Q345D |
Límite elástico ReL (MPa) |
≥ 345 |
≥ 345 |
≥ 345 |
Resistencia a la tracción Rm (MPa) |
470–630 |
470–630 |
470–630 |
Elongación A (%) |
≥ 21 |
≥ 22 |
≥ 22 |
Temperatura de prueba de impacto (℃) |
+20 |
0 |
-20 |
Energía de impacto KV₂ (J) |
≥ 34 |
≥ 34 |
≥ 34 |
CEV equivalente en carbono (típico) |
0,40–0,44 |
0,38–0,42 |
0,36–0,40 |
Parámetros coincidentes de consumibles de soldadura
Metal común |
Método de soldadura |
Alambre/Electrodo |
Flujo/Gas |
Norma aplicable |
Q345B/C |
SIERRA |
H08MnA/H10Mn2 |
SJ101 |
GB/T 5293 |
Q345B/C |
FCAW |
E71T-1 / E71T-11 |
80%Ar+20%CO₂ |
AWSA5.20 |
Q345B/C |
GMAW |
ER70S-6 |
80%Ar+20%CO₂ |
AWS A5.18 |
Q345B/C |
SMAW |
E5015 / E5016 |
— |
GB/T 5117 |
Q345+NM400 |
FCAW |
E110T1-K3 |
80%Ar+20%CO₂ |
AWS A5.29 |
Matriz de aplicación del método de soldadura
Método de soldadura |
Abreviatura |
Soldaduras aplicables |
Rango de espesor (mm) |
Posiciones |
Entrada de calor (kJ/cm) |
Eficiencia |
Soldadura por arco sumergido |
SIERRA |
Costuras longitudinales de viga principal, costuras circunferenciales |
20–60 |
PA/PB |
25–40 |
Alto |
Soldadura con gas protegido |
GMAW/FCAW |
Costuras cortas, soldaduras en ángulo. |
12–40 |
Todas las posiciones |
12-28 |
Medio |
Soldadura por arco metálico protegido |
SMAW |
Soldadura por puntos, soldadura de reparación. |
6–40 |
Todas las posiciones |
8–30 |
Bajo |
La soldadura de estructuras de acero para volquetes de automóviles adopta una combinación de múltiples métodos de soldadura:
Soldadura por arco sumergido (SAW) : Se utiliza para costuras rectas largas, como costuras longitudinales y circunferenciales de vigas principales, con alambre H08MnA/H10Mn2 y fundente sinterizado SJ101. Corriente de soldadura 600 A–1000 A, voltaje del arco 30 V–38 V.
Soldadura con protección de gas (GMAW/FCAW) : Se utiliza para uniones cortas, soldaduras en ángulo y soldaduras de instalación en campo. Alambres tubulares E71T-1 o E71T-11, soldadura en todas las posiciones, bajas salpicaduras y fácil eliminación de escoria.
Soldadura por arco metálico protegido (SMAW) : se utiliza para soldadura por puntos, soldadura de reparación y soldadura en espacios confinados. Electrodos de bajo hidrógeno E5015/E5016, horneados a 350 ℃ –400 ℃ durante 2 horas antes de su uso.
La clave de la soldadura de chapa gruesa reside en el control del ciclo térmico, que requiere un sistema de gestión que comprende el precalentamiento, la temperatura entre pasadas y el tratamiento térmico post-soldadura:
Precalentamiento
Cuando el espesor de la placa ≥ 25 mm o el equivalente de carbono CEV ≥ 0,45%, temperatura de precalentamiento ≥ 100 ℃.
Cuando el espesor de la placa es ≥ 40 mm, la temperatura de precalentamiento es de 120 ℃ a 150 ℃.
Cuando el espesor de la placa es ≥ 60 mm o para juntas en T muy restringidas, temperatura de precalentamiento de 150 ℃ a 200 ℃.
Zona de precalentamiento: al menos ≥ 75 mm a ambos lados de la soldadura. Utilice almohadillas térmicas eléctricas o calentamiento por llama, con monitoreo en tiempo real mediante termómetros infrarrojos.
Tipo de junta |
Espesor (mm) |
Diámetro del alambre. (mm) |
Corriente de soldadura (A) |
Voltaje del arco (V) |
Velocidad de soldadura (cm/min) |
Entrada de calor (kJ/cm) |
Capas/Pasadas |
Ángulo de ranura |
Espacio (mm) |
Tope (costura larga de la viga principal) |
20–30 |
φ4.0 |
550–650 |
30–34 |
40–50 |
20–30 |
2 capas, 2 pasadas |
60° |
0-2 |
Tope (costura larga de la viga principal) |
30–40 |
φ4.0 |
600–750 |
32–36 |
35–45 |
28–38 |
3 capas, 4 pasadas |
60° |
0-2 |
Tope (extremo de viga final) |
40–60 |
φ5.0 |
700–900 |
34–38 |
30–40 |
35–50 |
4 capas, 6 pasadas |
50° |
0-3 |
Junta en T (brida de alma) |
20–30 |
φ4.0 |
500–600 |
28–32 |
45–55 |
16–24 |
1 capa, 1 pasada |
— |
— |
Junta en T (brida de alma) |
30–40 |
φ4.0 |
600–700 |
30–34 |
35–45 |
24–36 |
2 capas, 2 pasadas |
— |
— |
Control de temperatura entre pasadas
Durante la soldadura multicapa y de múltiples pasadas, la temperatura entre pasadas se controlará estrictamente entre la temperatura de precalentamiento y 250 ℃.
Designe personal dedicado a monitorear la temperatura, con al menos 3 registros de temperatura entre pasadas por pasada de soldadura.
En caso de sobretemperatura, deje de soldar y permita que se enfríe para evitar el engrosamiento del grano en la zona afectada por el calor.
Tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT)
Para soldaduras de carga crítica con espesor de placa ≥ 40 mm, realice un tratamiento térmico para aliviar tensiones a 580 ℃ – 620 ℃ después de la soldadura.
Tiempo de retención calculado en 2,5 min/mm, con un mínimo de 2 horas.
Velocidad de calentamiento ≤ 200 ℃/h, velocidad de enfriamiento ≤ 260 ℃/h; aire fresco por debajo de 300 ℃.
Para componentes grandes que no pueden tratarse en horno en su totalidad, utilice un tratamiento térmico local o un alivio de tensión por vibración (VSR) como alternativas.
La viga principal de un volquete tiene más de 20 m de longitud y el control de la deformación por soldadura afecta directamente a la precisión del montaje. Las estrategias de control de deformaciones son las siguientes:
Aspecto de diseño : Las soldaduras se dispondrán simétricamente con respecto al eje neutro de la sección para reducir la contracción excéntrica.
Aspecto del proceso : Secuencia de soldadura (soldadura simétrica, soldadura hacia atrás, soldadura por salto), entrada de calor SAW de 25 kJ/cm a 40 kJ/cm.
Aspecto de fijación : Utilice plantillas de soldadura específicas y herramientas de contradeformación; Preestablezca una curvatura hacia arriba de 3 mm/10 m–5 mm/10 m para la viga principal.
Las siguientes matrices de parámetros se basan en tipos de juntas comunes y rangos de espesor utilizados en estructuras de acero de volquetes de automóviles, verificados mediante calificación de procedimientos, y pueden servir como referencias para la preparación de WPS.
Grados de alambre: H08MnA / H10Mn2; Fundente: SJ101 (tipo sinterizado), horneado a 350 ℃ × 2 h; Polaridad: polaridad inversa CC (DCEP).
Tipo de junta |
Espesor (mm) |
Diámetro del alambre. (mm) |
Corriente (A) |
Voltaje (V) |
Velocidad (cm/min) |
Flujo de gas (l/min) |
Entrada de calor (kJ/cm) |
Sobresaliente (mm) |
Trasero (todas las posiciones) |
12-20 |
φ1.2 |
220–280 |
24–28 |
25–35 |
15-20 |
12-20 |
15-20 |
trasero (plano) |
20–40 |
φ1.6 |
280–360 |
26–32 |
20–30 |
18–25 |
18–28 |
18–25 |
Filete (costuras cortas) |
10–20 |
φ1.2 |
200–260 |
22-26 |
30–40 |
15-20 |
8-16 |
15-20 |
Filete (soldaduras en campo) |
20–30 |
φ1.6 |
260–320 |
26-30 |
20–30 |
18–25 |
16–24 |
18–22 |
Grados de alambre FCAW: E71T-1 (todas las posiciones) / E71T-11 (verticalmente hacia abajo); Gas de protección: 80%Ar + 20%CO₂; Polaridad: DCEP.
Diámetro del electrodo. (mm) |
Espesor (mm) |
Corriente (A) |
Voltaje (V) |
Velocidad (cm/min) |
Entrada de calor (kJ/cm) |
Aplicación típica |
φ3.2 |
6-12 |
100–130 |
22-26 |
12-18 |
8–14 |
Soldadura por puntos, paso de raíz |
φ4.0 |
10–20 |
150–180 |
24–28 |
10-16 |
14-22 |
Llenado, pase de cobertura |
φ5.0 |
16–40 |
200–250 |
26–30 |
10-14 |
20–30 |
Relleno de placa gruesa |
Grados de electrodos: E5015 (J507) / E5016 (J506), tipo bajo en hidrógeno; hornee a 350 ℃ – 400 ℃ durante 2 horas antes de usarlo, manténgalo en el horno para uso a pedido.
Parámetro |
GMAW de brecha estrecha |
SAW de espacio estrecho |
Ranura en V convencional (a modo de comparación) |
Ángulo de ranura |
10°–15° |
8°–12° |
60° |
Profundidad de ranura |
60-100 milímetros |
60-100 milímetros |
60-100 milímetros |
Brecha de raíz |
2-4 milímetros |
2-4 milímetros |
0–3 milímetros |
Pases por capa |
1–2 |
1–2 |
3–5 |
Volumen total de llenado |
reducido entre un 40% y un 60% |
reducido entre un 45 % y un 65 % |
referencia |
Entrada de calor de soldadura |
15-25 kJ/cm |
25–40 kJ/cm |
35 a 60 kJ/cm |
Temperatura entre pasadas |
≤ 200 ℃ |
≤ 250 ℃ |
≤ 250 ℃ |
Deformación post-soldadura |
reducido entre un 30% y un 50% |
reducido entre un 35 % y un 55 % |
referencia |
Tratamiento térmico: Se prefiere el tratamiento en horno para todo el componente; Si no es posible, utilice almohadillas térmicas eléctricas de cerámica flexibles para calentamiento local, cubriendo un área de al menos 3 veces el espesor de la placa en ambos lados de la soldadura y no menos de 300 mm, con una separación entre termopares ≤ 300 mm y una diferencia de temperatura controlada dentro de ±20 ℃.
Basado en la fórmula IIW: CEV = C + Mn/6 + (Cr+Mo+V)/5 + (Ni+Cu)/15
Valor CEV |
Espesor < 25 mm |
Espesor 25–40 mm |
Espesor 40–60 mm |
Espesor > 60 mm |
< 0,40 |
Sin precalentamiento |
Sin precalentamiento |
≥75℃ |
≥ 100 ℃ |
0,40–0,45 |
Sin precalentamiento |
≥75℃ |
≥ 100 ℃ |
≥ 125 ℃ |
0,45–0,50 |
≥ 50 ℃ |
≥ 100 ℃ |
≥ 125 ℃ |
≥ 150 ℃ |
> 0,50 |
≥ 75 ℃ |
≥ 125 ℃ |
≥ 150 ℃ |
≥ 175 ℃ |
CEV típico para Q345B: ≈ 0,40–0,44; para Q345C: ≈ 0,38–0,42.
Cuando la temperatura ambiente sea ≤ 5 ℃, agregue 25 ℃ a todas las temperaturas de precalentamiento.
El sistema de inspección de calidad de las soldaduras de estructuras metálicas de volquetes comprende las siguientes etapas:
Todas las soldaduras serán 100% inspeccionadas visualmente. Criterios de aceptación:
Aspecto uniforme de la soldadura, refuerzo de 0 a 3 mm, desviación de ancho ≤ 2 mm.
Sin socavaciones, falta de fusión, porosidad superficial, grietas en forma de cráter u otros defectos superficiales.
Transición suave de la punta de la soldadura sin muescas afiladas (especialmente crítica en áreas propensas a la fatiga).
Clase de soldadura |
Pruebas ultrasónicas UT |
Partícula magnética MT |
Pruebas radiográficas RT |
Clase I |
100% (GB/T Grado II aceptable) |
100% |
Control al azar 10%–20% |
Clase II |
20% (GB/T Grado III aceptable) |
100% en áreas críticas |
— |
Clase III |
— |
control al azar |
— |
Para soldaduras de penetración total con un espesor ≥ 40 mm, complemente con TOFD (difracción de tiempo de vuelo) o prueba ultrasónica de matriz en fase (PAUT) para mejorar la tasa de detección de defectos y la precisión de la cuantificación.
Las placas de prueba de soldadura del producto se soldarán con el mismo lote de horno y el mismo proceso que el producto, y se tratarán térmicamente junto con el producto.
Las muestras de las placas de prueba se someterán a pruebas de tracción, flexión e impacto (conjunto completo de propiedades mecánicas).
La temperatura de la prueba de impacto estará determinada por la temperatura mínima de servicio de diseño (normalmente -20 ℃ o -40 ℃).
Inclinación/barrido de la viga principal: Medición con estación total o laser tracker; desviación controlada dentro de L/1000.
Planitud de superficies de montaje críticas: ≤ 1 mm/m.
Coaxialidad de los orificios de las bisagras: ≤ φ0,5 mm.
Grado de limpieza con chorro abrasivo: Sa2.5 (según GB/T 8923).
Sistema de recubrimiento: Imprimación epoxi rica en zinc (75 μm) + intermedio de hierro micáceo epoxi (100 μm) + acabado de poliuretano (50 μm); espesor total de película seca ≥ 225 μm.
Prueba de adherencia: método transversal, grado 0-1 aceptable.
El Sistema de Gestión de Soldadura (WMS) permite:
Adquisición y almacenamiento en tiempo real de parámetros de soldadura (corriente, voltaje, velocidad, aporte de calor).
Trazabilidad de identificación y calificación de soldadores.
Trazabilidad de lotes de consumibles y registros de horneado.
Correspondencia de informes de END con ubicaciones de soldadura, respaldando la entrega digital.
Para uniones complejas y soldadura de placas ultragruesas, se emplean técnicas de simulación de soldadura de elementos finitos (p. ej., Sysweld/Abaqus Welding Interface) para:
Simule campos de temperatura y optimice los esquemas de precalentamiento.
Prediga la tensión residual y oriente los parámetros PWHT.
Prediga la deformación y optimice la secuencia de soldadura y las cantidades de contradeformación.
Soldadura de espacio estrecho : para soldaduras de penetración total con espesor ≥ 60 mm, use GMAW o SAW de espacio estrecho con un ángulo de ranura de 10°–15°, reduciendo el volumen de relleno entre un 40% y un 60%.
Estación de trabajo de soldadura robótica : robot de soldadura de 6 ejes con posicionador, precisión de posicionamiento repetido ±0,1 mm.
Tecnología de soldadura de campo : Para soldadura de instalación in situ de componentes grandes, equipados con refugios de soldadura móviles resistentes a la intemperie y equipos portátiles de tratamiento térmico.
La soldadura de estructuras metálicas de volquetes de vagones deberá cumplir con las siguientes normas:
GB/T 12469 – Garantía de calidad para soldadura – Clasificación y graduación de defectos para uniones soldadas por fusión en acero
GB 50661 – Código para soldadura de estructuras de acero.
NB/T 47014 – Calificación del procedimiento de soldadura para equipos a presión (referencia)
AWS D1.1 – Código de soldadura estructural – Acero (para proyectos de exportación)
EN 1090-2 – Ejecución de estructuras de acero y estructuras de aluminio (para proyectos con marcado CE, nivel EXC3/EXC4)
ISO 3834-2 – Requisitos de calidad para la soldadura – Requisitos de calidad completos (certificación del sistema)
Cualificación del soldador: Todos los soldadores deberán poseer certificados de calificación para los métodos de soldadura correspondientes (según GB/T 5185 o ISO 9606) hasta la certificación ISO 3834-2, y deberán someterse a capacitación y reevaluación de habilidades periódicas.
Los volquetes de automóviles se utilizan ampliamente en la descarga de material a granel en terminales portuarias, centrales térmicas, industrias siderúrgicas y metalúrgicas, realizando cientos de rotaciones por día con un rendimiento anual medido en decenas de millones de toneladas.
Desde la inspección de entrada de consumibles hasta la entrega de soldadura, desde la simulación de procesos hasta las pruebas no destructivas, este artículo presenta sistemáticamente el sistema técnico para soldar estructuras de acero de volquetes, como referencia en la industria.
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