鐵路客車轉向架構架焊接接頭的疲勞可靠性研究

孫志鵬

摘 要：我國鐵路客車轉向架構焊接技術對我國的鐵路客車行業及其交通運輸行業起著至關重要的作用。近幾年來，我國鐵路客車轉向架構架焊接技術采用的是鋼焊接的結構。鋼的密度小，使用剛焊接能大大降低車輛結構的自重。但是，運行速度的提高、載重的增加都會使轉向架的構架承載情況變得很糟糕，鐵路客車轉向架構架焊接接頭存在的焊接缺陷會導致很嚴重的車輛安全性能問題，而鐵路客車安全性能方面的問題才是整個鐵路客車行業乃至整個交通運輸業最重要的問題。所以，對鐵路客車轉向架構架焊接接頭疲勞可靠性的研究就顯得極為緊迫。

關鍵詞：鐵路客車轉向架構架焊接接頭 疲勞可靠性 研究

中圖分類號：U270.33 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）02（a）-0025-02

高速化的鐵路客車正好適應如今人們對交通工具的高要求，高速鐵路也已然成為各國鐵路現代化的重要標志。然而，任何高速的交通工具都有它安全可靠性的問題存在，隨著現如今鐵路客車速度的提高和載貨量的持續增長，導致鐵路的動態性能下降，輪軌之間的磨損程度問題在日益凸顯。輪軌之間的相互作用可能會引發脫軌，一旦脫軌，后果便不堪設想了。在以往的鐵路客車中，車轉向架構架焊接接頭暴露出許多疲勞可靠性的問題，如客車在運行過程中出現焊縫斷裂、測量立板撕裂等問題，嚴重危機人們的行車安全。因此，研究鐵路客車轉向架構架焊接接頭的疲勞可靠性，對保證列車安全是十分重要的。

1 轉向架構架焊接接頭疲勞可靠性的國內外研究現狀

近幾年國內外對鐵路客車行業發展的競爭日益激烈，隨之也都對鐵路客車轉向架構架焊接接頭的疲勞可靠性有了很深入的研究。這種架構焊接的疲勞可靠性主要集中于對結構壽命的預測方法、焊接接頭或承載部件的壽命檢測等方面，發達國家已經形成了比較完善的結構體系，并有了許多研究成果。中國除了對這些成果進行引用、吸收外，也在自主研發更高速、更安全的客車，尤其對轉向架構架焊接接頭疲勞的可靠性進行了深入研究。

2 焊接缺陷方面的分析

鐵路客車轉向架構架焊接接頭采用的是鋼焊接結構，鋼焊接結構焊接加工方法的特點決定了它在生產過程中必然會出現氣孔、斷裂紋、未融合等現象或者焊接處存在各種幾何偏差的可能。

鐵路客車的焊接欠缺可以分為兩類：一類為焊接變形，殘余應力；一類為類裂紋欠缺。前者是主要的焊接欠缺，后者發生的情況較少，但是一旦發生就會發生很嚴重的后果，這是焊接結構中最危險的一種情況。宏觀裂紋顯然是不能繼續使用，焊接結構甚至整個客車可能會報廢，微觀裂紋雖然能堅持一段時間，但是如果不能及時發現，也會降低疲勞可靠性，這種輕微裂紋在客車行駛過程中一點一點的磨損，極有可能造成更大的安全隱患。針對這些焊接裂紋，有關研究人員也進行了相關研究。

2.1 熱彈-塑性有限元法

這是一種測量焊接變形和殘余應力的有效方法，十分復雜的焊接結構可能需要大量的計算，對于大型鐵路客車，這種針對裂紋一個個進行計算研究的方法顯然是不符合實際的，這種方法將跟蹤整個焊接的過程，它可以計算焊接過程中每一時刻的溫度，根據每個溫度下客車反應的應力進行累加，最后得出殘余應力和最終可能的變形從而估量出焊接接頭的疲勞可靠性。

2.2 焊接收縮力法

轉向架構架在焊接過程中，金屬會因高溫而變形進而產生焊接裂縫。此時的變形程度相當于遭受到了一個外加載荷，被稱為焊縫收縮力。鐵路客車轉向架構架的自身結構、焊接的技藝、焊接溫度都會影響焊接收縮力的大小。所以我們可以通過計算這個力進行估計在焊接過程中金屬產生變形而造成后果的大小從而避免重大的安全性能方面的隱患，以此提高焊接疲勞可靠性。

2.3 體積收縮法

這種方法假設導致轉向架構架在焊接過程中產生變形的原因是熔化了的金屬在冷卻過程中遇到了熱收縮。研究者通過對模型進行實驗，用金屬模型在900°的溫度下進行焊接，然后將金屬冷卻至室溫，觀察金屬的反應情況，金屬在這種條件下會發生收縮變形，將實驗現象轉換成數值記錄在冊，將得到的模擬實驗數值進行分析，金屬熔化的截面區形狀有助于我們研究焊接技巧，采取相應措施改善焊接技巧，可以進一步提高鐵路客車轉向架構架焊接接頭疲勞可靠性。

3 結語

轉向架構架是鐵路客車的主要承載部位，它的疲勞強度對鐵路客車行駛的安全性能影響巨大，其疲勞可靠性也受諸多因素的影響。隨著鐵路客車的速度在不斷提高，承載乘客和貨物的承載量在不斷加大，為了確保鐵路客車在行駛過程中的安全我們需要對轉向架構架焊接接頭疲勞可靠性進行深入研究，尤其在焊接設計階段，我們要充分考慮分析轉向架構架的結構和它焊接成型的特點準確的對焊接疲勞可靠性進行評估，準確的評估出焊接疲勞可靠性有助于提高鐵路客車的行駛性能和極大解決鐵路客車安全性的問題，對于我國交通運輸業的發展也是起到了推動性的作用。

參考文獻

[1] 梁紅琴，蔡慧，趙永祥，等.高速客車轉向架構架焊接接頭疲勞可靠性分析[J].機械科學與技術，2015（6）：925-929.

[2] 盧耀輝.鐵路客車轉向架焊接構架疲勞可靠性研究[D].西南交通大學，2011.