Vues : 0 Auteur : Éditeur du site Heure de publication : 2026-09-07 Origine : Site
Un complet Le tombereau de voiture peut peser plusieurs centaines de tonnes, avec un couple de renversement dépassant plusieurs milliers de tonnes-mètres. Chaque cycle de travail soumet la structure à des cycles alternés de charges, de contraintes d'impact et de fatigue. Sa structure en acier sert de squelette mécanique et tout défaut de soudure peut entraîner une défaillance structurelle après des dizaines de milliers de cycles de travail. Cet article développe les points techniques clés du soudage des structures en acier pour les tombereaux automobiles à partir de trois dimensions : structure, processus et qualité.
Les principaux éléments porteurs de la structure en acier du tombereau de voiture comprennent :
Les poutres principales adoptent généralement des poutres en caisson avec des épaisseurs de plaques de 20 mm à 60 mm, en acier Q345B/Q345C, résistant aux moments de flexion et aux forces de cisaillement lors du renversement.
Les poutres d'extrémité relient les extrémités des poutres principales. Les soudures bout à bout entre les poutres d'extrémité et les poutres principales sont des soudures de classe I à pénétration totale, nécessitant une acceptation UT à 100 %.
La plaque tournante (plate-forme renversée) supporte directement le poids des wagons. Sa structure est principalement une poutre-caisson circulaire ou une structure composite de type ferme. Les zones de connexion avec le système d'entraînement présentent des concentrations de contraintes élevées, avec une conception de soudure classée classe I, nécessitant un contrôle des contraintes résiduelles après soudage.
Les supports de rouleaux supportent le poids mort total et les charges dynamiques. L'épaisseur de la plaque de base varie de 80 mm à 120 mm, ce qui correspond au soudage de plaques ultra-épaisses, qui nécessite un préchauffage, un contrôle de la température entre les passes et un traitement thermique après soudage (PWHT).
Les composants tels que les bras de maintien et les plaques d'appui subissent l'impact dynamique des wagons à chaque renversement. Ils impliquent souvent un soudage d'acier différent entre l'acier à haute résistance et l'acier résistant à l'usure (par exemple Q345 + NM400). L'adéquation des consommables de soudage et la qualification du mode opératoire de soudage doivent être vérifiées séparément.
Les supports des points d'articulation du système d'entraînement hydraulique sont des zones typiques à forte concentration de contraintes. Les soudures doivent répondre aux exigences de conception en matière de résistance à la fatigue, généralement évaluées selon les normes de conception en fatigue BS 7608 ou IIW (International Institute of Welding), correspondant à la classe F2 ou G dans les courbes SN.
Pour chaque type de configuration de joint, des tests de qualification des procédures de soudage (PQR) doivent être effectués avant le soudage de production afin de vérifier que les propriétés mécaniques du métal soudé répondent aux exigences de conception. Les indicateurs d’évaluation de base comprennent :
Article de test |
Exigence typique (Q345B/C) |
Résistance à la traction |
≥ 490 MPa |
Limite d'élasticité |
≥ 345 MPa |
Allongement après fracture |
≥21% |
Énergie d'impact (KV₂) à -20℃/-40℃ |
≥ 34J / ≥ 27J (selon l'épaisseur et la température de conception) |
Essai de pliage |
Courbure frontale / courbure racine 180°, pas de fissures |
Pour les tôles épaisses (≥40 mm) et les aciers utilisés dans des conditions de basse température, des essais de traction supplémentaires dans la direction Z sont nécessaires pour évaluer la sensibilité à la déchirure lamellaire du métal de base. La réduction de la surface ψz ≥ 35 % dans la direction Z est requise pour les éléments porteurs critiques.
Propriétés mécaniques des métaux de base (série GB/T 1591 Q345)
Propriété |
Q345B |
Q345C |
Q345D |
Limite d'élasticité ReL (MPa) |
≥ 345 |
≥ 345 |
≥ 345 |
Résistance à la traction Rm (MPa) |
470-630 |
470-630 |
470-630 |
Allongement A (%) |
≥ 21 |
≥ 22 |
≥ 22 |
Température d'essai d'impact (℃) |
+20 |
0 |
-20 |
Énergie d'impact KV₂ (J) |
≥ 34 |
≥ 34 |
≥ 34 |
Équivalent carbone CEV (typique) |
0,40-0,44 |
0,38-0,42 |
0,36-0,40 |
Paramètres de correspondance des consommables de soudage
Métal commun |
Méthode de soudage |
Fil/électrode |
Flux/Gaz |
Norme applicable |
Q345B/C |
SCIE |
H08MnA/H10Mn2 |
SJ101 |
GB/T 5293 |
Q345B/C |
FCAW |
E71T-1 / E71T-11 |
80%Ar+20%CO₂ |
AWS A5.20 |
Q345B/C |
GMAW |
ER70S-6 |
80%Ar+20%CO₂ |
AWS A5.18 |
Q345B/C |
SMAW |
E5015 / E5016 |
— |
GB/T5117 |
Q345+NM400 |
FCAW |
E110T1-K3 |
80%Ar+20%CO₂ |
AWS A5.29 |
Matrice d’application des méthodes de soudage
Méthode de soudage |
Abréviation |
Soudures applicables |
Plage d'épaisseur (mm) |
Postes |
Apport de chaleur (kJ/cm) |
Efficacité |
Soudage à l'arc submergé |
SCIE |
Coutures longitudinales de la poutre principale, coutures circonférentielles |
20-60 |
PA/PB |
25-40 |
Haut |
Soudage sous protection gazeuse |
GMAW/FCAW |
Coutures courtes, soudures d'angle |
12-40 |
Tous les postes |
12-28 |
Moyen |
Soudage à l'arc métallique blindé |
SMAW |
Soudage par pointage, soudage de réparation |
6-40 |
Tous les postes |
8h à 30h |
Faible |
Le soudage de la structure métallique du dumper de voiture adopte une combinaison de plusieurs méthodes de soudage :
Soudage à l'arc submergé (SAW) : utilisé pour les joints droits longs tels que les joints longitudinaux et circonférentiels de la poutre principale, avec du fil H08MnA/H10Mn2 et un flux fritté SJ101. Courant de soudage 600 A–1 000 A, tension d'arc 30 V–38 V.
Soudage sous protection gazeuse (GMAW/FCAW) : utilisé pour les joints courts, les soudures d'angle et les soudures d'installation sur site. Fils fourrés E71T-1 ou E71T-11, soudage toutes positions, faibles projections et élimination facile des scories.
Soudage à l'arc avec protection métallique (SMAW) : utilisé pour le soudage par pointage, le soudage de réparation et le soudage en espace confiné. Électrodes à faible teneur en hydrogène E5015/E5016, cuites à 350 ℃ – 400 ℃ pendant 2 heures avant utilisation.
La clé du soudage de tôles épaisses réside dans le contrôle du cycle thermique, qui nécessite un système de gestion comprenant le préchauffage, la température entre passes et le traitement thermique post-soudage :
Préchauffage
Lorsque l'épaisseur de la plaque ≥ 25 mm ou l'équivalent carbone CEV ≥ 0,45 %, température de préchauffage ≥ 100℃.
Lorsque l'épaisseur de la plaque est ≥ 40 mm, température de préchauffage de 120 ℃ à 150 ℃.
Lorsque l'épaisseur de la plaque est ≥ 60 mm ou pour les joints en T hautement retenus, température de préchauffage de 150 ℃ à 200 ℃.
Zone de préchauffage : au moins ≥ 75 mm des deux côtés de la soudure. Utilisez des coussins chauffants électriques ou un chauffage à flamme, avec surveillance en temps réel par des thermomètres infrarouges.
Type de joint |
Épaisseur (mm) |
Diamètre du fil. (mm) |
Courant de soudage (A) |
Tension d'arc (V) |
Vitesse de soudage (cm/min) |
Apport de chaleur (kJ/cm) |
Couches/Passes |
Angle de rainure |
Écart (mm) |
Bout (poutre principale longue. couture) |
20-30 |
φ4,0 |
550-650 |
30-34 |
40-50 |
20-30 |
2 couches, 2 passes |
60° |
0–2 |
Bout (poutre principale longue. couture) |
30-40 |
φ4,0 |
600-750 |
32-36 |
35-45 |
28-38 |
3 couches, 4 passes |
60° |
0–2 |
Bout (extrémité de la poutre) |
40-60 |
φ5,0 |
700-900 |
34-38 |
30-40 |
35-50 |
4 couches, 6 passes |
50° |
0–3 |
Joint en T (web-bride) |
20-30 |
φ4,0 |
500-600 |
28-32 |
45-55 |
16-24 |
1 couche, 1 passage |
— |
— |
Joint en T (web-bride) |
30-40 |
φ4,0 |
600-700 |
30-34 |
35-45 |
24-36 |
2 couches, 2 passes |
— |
— |
Contrôle de la température entre les passages
Lors du soudage multicouche et multipasse, la température entre passes doit être strictement contrôlée entre la température de préchauffage et 250 ℃.
Désigner du personnel dédié à la surveillance de la température, avec au moins 3 enregistrements de température entre passes par passe de soudure.
En cas de surchauffe, arrêter le soudage et laisser refroidir pour éviter le grossissement des grains dans la zone affectée par la chaleur.
Traitement thermique après soudage (PWHT)
Pour les soudures porteuses critiques avec une épaisseur de plaque ≥ 40 mm, effectuez un traitement thermique de détente à 580 ℃ – 620 ℃ après le soudage.
Temps de maintien calculé à 2,5 min/mm, avec un minimum de 2 heures.
Taux de chauffage ≤ 200℃/h, taux de refroidissement ≤ 260℃/h ; air frais en dessous de 300 ℃.
Pour les composants de grande taille qui ne peuvent pas être traités au four dans leur ensemble, utilisez un traitement thermique local ou une réduction des contraintes vibratoires (VSR) comme alternatives.
La poutre principale d'un tombereau de voiture mesure plus de 20 m de long et le contrôle de la déformation par soudage affecte directement la précision de l'assemblage. Les stratégies de contrôle des déformations sont les suivantes :
Aspect conception : Les soudures doivent être disposées symétriquement autour de l'axe neutre de la section pour réduire le retrait excentrique.
Aspect procédé : Séquence de soudage (soudage symétrique, soudage back-step, soudage par saut), apport thermique SAW 25 kJ/cm–40 kJ/cm.
Aspect fixation : Utiliser des gabarits de soudage et des outillages de contre-déformation dédiés ; préréglez une cambrure vers le haut de 3 mm/10 m à 5 mm/10 m pour la poutre principale.
Les matrices de paramètres suivantes sont basées sur les types de joints et les plages d'épaisseurs courants utilisés dans les structures en acier des tombereaux de voiture, vérifiés par qualification de procédure, et peuvent servir de référence pour la préparation du WPS.
Qualités de fil : H08MnA / H10Mn2 ; Flux : SJ101 (type fritté), cuit à 350℃×2h ; Polarité : polarité inversée CC (DCEP).
Type de joint |
Épaisseur (mm) |
Diamètre du fil. (mm) |
Courant (A) |
Tension (V) |
Vitesse (cm/min) |
Débit de gaz (L/min) |
Apport de chaleur (kJ/cm) |
Dépassement (mm) |
Fesses (toutes les positions) |
12-20 |
φ1,2 |
220-280 |
24-28 |
25-35 |
15-20 |
12-20 |
15-20 |
Fesses (plates) |
20-40 |
φ1,6 |
280-360 |
26-32 |
20-30 |
18-25 |
18-28 |
18-25 |
Filet (coutures courtes) |
10-20 |
φ1,2 |
200-260 |
22-26 |
30-40 |
15-20 |
8 à 16 ans |
15-20 |
Filet (soudures sur site) |
20-30 |
φ1,6 |
260-320 |
26-30 |
20-30 |
18-25 |
16-24 |
18-22 |
Qualités de fil FCAW : E71T-1 (toutes les positions) / E71T-11 (vertical vers le bas) ; Gaz de protection : 80 %Ar + 20 %CO₂ ; Polarité : DCEP.
Diamètre de l'électrode. (mm) |
Épaisseur (mm) |
Courant (A) |
Tension (V) |
Vitesse (cm/min) |
Apport de chaleur (kJ/cm) |
Application typique |
φ3,2 |
6-12 |
100-130 |
22-26 |
12-18 |
8-14 |
Soudage par pointage, passe de racine |
φ4,0 |
10-20 |
150-180 |
24-28 |
10-16 |
14-22 |
Remplissage, passage de couverture |
φ5,0 |
16-40 |
200-250 |
26-30 |
10-14 |
20-30 |
Remplissage de plaques épaisses |
Qualités d'électrodes : E5015 (J507) / E5016 (J506), type à faible teneur en hydrogène ; cuire au four à 350 ℃ – 400 ℃ pendant 2 h avant utilisation, conserver au four pour une utilisation à la demande.
Paramètre |
GMAW à écart étroit |
SCIE à écart étroit |
Rainure en V conventionnelle (à titre de comparaison) |
Angle de rainure |
10°–15° |
8°–12° |
60° |
Profondeur de rainure |
60-100 mm |
60-100 mm |
60-100 mm |
Écart de racine |
2 à 4 mm |
2 à 4 mm |
0 à 3 mm |
Passes par couche |
1–2 |
1–2 |
3 à 5 |
Volume de remplissage total |
réduit de 40 % à 60 % |
réduit de 45 % à 65 % |
référence |
Apport de chaleur de soudage |
15 à 25 kJ/cm |
25 à 40 kJ/cm |
35 à 60 kJ/cm |
Température entre passes |
≤ 200℃ |
≤ 250℃ |
≤ 250℃ |
Déformation après soudure |
réduit de 30 % à 50 % |
réduit de 35 % à 55 % |
référence |
Traitement thermique : Traitement au four privilégié pour l’ensemble du composant ; si cela n'est pas réalisable, utilisez des coussins chauffants électriques en céramique flexibles pour le chauffage local, couvrant une zone d'au moins 3 fois l'épaisseur de la plaque des deux côtés de la soudure et d'au moins 300 mm, avec un espacement des thermocouples ≤ 300 mm et une différence de température contrôlée à ± 20 ℃.
Basé sur la formule IIW : CEV = C + Mn/6 + (Cr+Mo+V)/5 + (Ni+Cu)/15
Valeur CEV |
Épaisseur < 25 mm |
Épaisseur 25-40 mm |
Épaisseur 40-60 mm |
Épaisseur > 60 mm |
< 0,40 |
Pas de préchauffage |
Pas de préchauffage |
≥ 75℃ |
≥ 100 ℃ |
0,40-0,45 |
Pas de préchauffage |
≥ 75℃ |
≥ 100 ℃ |
≥ 125℃ |
0,45 à 0,50 |
≥ 50℃ |
≥ 100 ℃ |
≥ 125℃ |
≥ 150 ℃ |
> 0,50 |
≥ 75℃ |
≥ 125℃ |
≥ 150 ℃ |
≥ 175℃ |
CEV typique pour Q345B : ≈ 0,40–0,44 ; pour Q345C : ≈ 0,38–0,42.
Lorsque la température ambiante ≤ 5℃, ajoutez 25℃ à toutes les températures de préchauffage.
Le système d'inspection de la qualité des soudures des structures en acier des dumpers de voitures comprend les étapes suivantes :
Toutes les soudures doivent être inspectées visuellement à 100 %. Critères d'acceptation :
Aspect de soudure uniforme, renfort 0–3 mm, écart de largeur ≤ 2 mm.
Pas de contre-dépouille, de manque de fusion, de porosité de surface, de fissures de cratère ou d'autres défauts de surface.
Transition douce des orteils soudés sans encoches pointues (particulièrement critique dans les zones sujettes à la fatigue).
Classe de soudure |
Test par ultrasons UT |
Particule magnétique MT |
Tests radiographiques RT |
Classe I |
100 % (GB/T Grade II acceptable) |
100% |
Vérification ponctuelle 10 % à 20 % |
Classe II |
20 % (GB/T Grade III acceptable) |
100% sur les zones critiques |
— |
Classe III |
— |
Vérification ponctuelle |
— |
Pour les soudures à pénétration totale d'une épaisseur ≥ 40 mm, complétez avec TOFD (Time-of-Flight Diffraction) ou Phased Array Ultrasonic Testing (PAUT) pour améliorer le taux de détection des défauts et la précision de la quantification.
Les plaques d'essai de soudure du produit doivent être soudées avec le même lot de four et le même processus que le produit, et traitées thermiquement avec le produit.
Les échantillons des plaques d'essai doivent subir des essais de traction, de pliage et d'impact (ensemble complet des propriétés mécaniques).
La température de l'essai d'impact doit être déterminée par la température minimale de service de conception (généralement -20 ℃ ou -40 ℃).
Cambrure/balayage de la poutre principale : mesurez avec une station totale ou un laser tracker ; déviation contrôlée dans la limite de L/1000.
Planéité des surfaces de montage critiques : ≤ 1 mm/m.
Coaxialité des trous de charnière : ≤ φ0,5 mm.
Qualité de nettoyage par sablage abrasif : Sa2,5 (selon GB/T 8923).
Système de revêtement : Primaire époxy riche en zinc (75 μm) + intermédiaire époxy fer micacé (100 μm) + finition polyuréthane (50 μm) ; épaisseur totale du film sec ≥ 225 μm.
Test d'adhérence : méthode de coupe transversale, grade 0–1 acceptable.
Le système de gestion du soudage (WMS) permet :
Acquisition et stockage en temps réel des paramètres de soudage (courant, tension, vitesse, apport thermique).
Identification et traçabilité des qualifications des soudeurs.
Traçabilité des lots de consommables et enregistrements de cuisson.
Correspondance des rapports CND avec les emplacements de soudure, prenant en charge la livraison numérique.
Pour les joints complexes et le soudage de plaques ultra-épaisses, des techniques de simulation de soudage par éléments finis (par exemple, Sysweld / Abaqus Welding Interface) sont utilisées pour :
Simulez les champs de température et optimisez les schémas de préchauffage.
Prédire les contraintes résiduelles et guider les paramètres PWHT.
Prévoyez la déformation et optimisez la séquence de soudage et les quantités de contre-déformation.
Soudage à espace étroit : pour les soudures à pénétration totale d'une épaisseur ≥ 60 mm, en utilisant du GMAW ou du SAW à espace étroit avec un angle de rainure de 10° à 15°, réduisant le volume de remplissage de 40 à 60 %.
Poste de travail de soudage robotisé : robot de soudage 6 axes avec positionneur, précision de positionnement répétée ±0,1 mm.
Technologie de soudage sur site : pour le soudage d'installations sur site de gros composants, équipé d'abris de soudage mobiles résistants aux intempéries et d'équipements de traitement thermique portables.
Le soudage des structures en acier des tombereaux de voitures doit être conforme aux normes suivantes :
GB/T 12469 – Assurance qualité pour le soudage – Classification et classement des défauts pour les joints soudés par fusion en acier
GB 50661 – Code pour le soudage des structures en acier
NB/T 47014 – Qualification des procédures de soudage des équipements sous pression (référence)
AWS D1.1 – Code de soudage structurel – Acier (pour les projets d'exportation)
EN 1090-2 – Exécution de structures en acier et structures en aluminium (pour les projets marqués CE, niveau EXC3/EXC4)
ISO 3834-2 – Exigences de qualité pour le soudage – Exigences de qualité globales (certification du système)
Qualification de soudeur : tous les soudeurs doivent être titulaires de certificats de qualification pour les méthodes de soudage correspondantes (conformément à GB/T 5185 ou ISO 9606) via la certification ISO 3834-2, et doivent suivre régulièrement une reconversion et une réévaluation de leurs compétences.
Les tombereaux de voiture sont largement utilisés pour le déchargement de matériaux en vrac dans les terminaux portuaires, les centrales thermiques, les industries sidérurgiques et métallurgiques, effectuant des centaines de rotations par jour avec un débit annuel mesuré en dizaines de millions de tonnes.
De l'inspection des consommables à la livraison des soudures, de la simulation des processus aux tests non destructifs, cet article présente systématiquement le système technique de soudage des structures en acier des dumpers de voitures, pour référence industrielle.
Pour plus de détails sur Processus de soudage de structure métallique de dumper de voiture ou consultation technique, n'hésitez pas à nous contacter.
