高速動車組轉向架管對接結構焊接缺陷管控探析

王濤 隋旭日 朱玉河

摘 要：當前，在橫梁管焊接作業中，氣孔與未熔合缺陷較為常見。所以本文主要分析這兩種缺陷，本文首先闡述了實驗方法和材料，之后調查2018年4—5月與10—11月的生產現狀。最終確定了兩種缺陷形成原因，并提出一些優化策略，希望能夠為相關人員與單位提供參考。

關鍵詞：動車組;轉向架管;對接結構焊控制

前言：

通常，為了有效確保列車行駛安全，通過借助焊接手段對列車轉向架進行處理，主要由橫梁、側梁和相關附件構成。比如，我國時速在300km/h以上的列車，主要通過橫梁管連接轉向架，并且橫梁管在轉向架中具有重要地位，連接于列車側梁[1]。然而當前，橫梁管焊接無法充分滿足要求，產生氣孔、沒有熔合等，嚴重影響焊接質量，同時影響生產力。

1 實驗方法與材料

轉向架橫梁鋼管與兩個連接座的材質基本上為S355J2+N，對于連接位置接頭主要選擇環狀接頭，在內側坡口方面，以5V形式為主，坡口角度是45°。在外側坡口方面，以10U形式為主，角度為12°，另外，需要保證中間可以預留1.8mm的村邊。見下圖。

另外，在焊接質量方面的要求也較為嚴格，通常，為了確保列車行駛安全性，焊縫質量應該以CPA為標準，完成焊接工作后，應該通過100%射線與100%磁粉對焊縫位置進行探傷處理。開展橫梁管組對工作時，應該確保外坡口的顳部可以均勻分布定位焊，同時在其焊縫長度方面的規定非常明確，通常需要將焊縫控制在50mmm左右。

開展焊接作業前，應該優先打磨焊縫兩側，進行形成45°斜面，之后選擇CLOOS ROMAT310機械手臂優先焊接內側5V，之后進行2道焊接，完成該環節工作后，應該借助打磨機對外側坡口進行清根處理，保證未融透位置全部去除，保證其光滑度。完成清根工作后，應該確保外坡口深度在12.5mm左右。對于10U焊接焊縫焊接工作，應該分為3層進行3道焊接處理，之后100%射線與100%磁粉進行探傷處理。若是此過程發現焊接曲線，應該借助KW-4C數字超聲波射線與儀器配合，進而充分確定焊接缺陷位置、大小與種類，便于返修工作順利開展。

2 分析和討論

2.1調查生產現狀

首先可以對2018年4—5月車間開展的CRH380動車轉向架的橫梁管焊接作業活動進行統計，同時統計前十根完成焊接的產品質量。其次，應該對2018年10月與11月，展開260lm/h動車橫梁管焊接作業活動進行統計，同時追蹤統計前期25根產品的質[2]。對兩階段調查結果進行分析發現，具體使用此類橫梁管雙面環形焊縫時，焊接缺陷較多，并且焊接合格率與規定要求存在較大差距。另外，深入分析兩階段工作后，發現氣孔與沒有熔合是橫梁管焊接主要缺陷，并且在同一處位置會同時出現兩種問題，沒有熔合缺陷發生次數較多，在所有缺陷中出現頻率高達57%，雖然氣孔缺陷發生此處相對較少，然而也達到36%。雖然會出現裂紋缺陷，然而其發生次數較少，屬于意外缺陷，出現頻率僅為3%。

2.2未熔合缺陷分析

未熔合探傷底片見下圖。

其主要具有以下特征：①缺陷概率高，在57%左右，并且經常導致橫梁管報廢;②結合RT底片中未熔合缺陷發生部位，可以確定，母材坡口與焊縫連接位置是主要缺陷部位。③通過超聲波對缺陷深度進行檢測發現未熔合部位與焊縫表面間距在11.5mm左右，為10U焊縫打底層的深度位置，并且在其他深度也會出現此種缺陷。④進行返修后，還會發生缺陷問題。因此，致使橫梁管焊接出現批量未熔合缺陷屬于穩定、持續性因素。

根據現場具體情況分析，焊縫未熔合缺陷可能由以下原因造成：①焊縫外側清根工作不足，完成清根工作后，平面度沒有滿足設計要求，導致機械手無法穩定追蹤焊接電弧。②工藝標準缺少合理性。③工裝同軸度不足，機械手進行焊接處理時，焊槍焊接角度不夠理想。

說明，不僅環境、清根與工裝同軸度會影響未熔合缺陷產生概率，工藝移速也會造成一定影響[3]。未熔合缺陷主要原因就是焊接時，熱輸入沒有達到要求，主要體現在：焊接過程散熱比較快;焊接整體熱輸入不足;局部熱輸入不足。

2.3氣孔缺陷

第一階段氣孔缺陷較少，一般為單一騎扣，并且氣孔頻次與形成位置不夠固定，所以該階段氣孔成因為偶然性因素，應該以基礎工作為切入點。①焊接前借助無紡布與7063清洗液對坡口進行認真處理，保證坡口沒有銹蝕與油污等。②將車間大門與機械手電風扇關閉，對保護氣體的流量進行檢查，確定其是否與規定要求相符。③焊接式借助鋼絲刷將層道間氧化物清除，之后通過毛刷進行清理。

在第二階段中，氣孔缺陷較為頻繁，并且出現了未熔合缺陷，氣孔較為密集。特別在氣候下降之后，車間溫度降低，氣孔產生次數增加，并且具有一定規律性。通過分析確認，該階段氣孔問題主要是由于水蒸氣冷凝之后在工件表面上附著，焊接過程中形成氫氣，與熔池相溶，進而形成密集的氣孔缺陷。

針對氣溫影響，在焊接前以160℃溫度預熱工件，借助預熱處理將焊接區域冷凝水全部去除，降低焊接現場氫含量，對氣孔缺陷進行有效控制。若是氣溫較低，進行焊前預熱時，焊接現場冷凝水會在溫度不斷升高過程中，逐漸降低，保證氫含量得到進一步控制，進行降低氣孔缺陷。

結語：

綜上所述，開展橫梁管的雙面焊接作業時，在U形坡口位置極易形成氣孔與未熔合缺陷問題。未熔合缺陷主要形成原因就是工藝參數缺少合理性，局部熱量不到位。可以通過降低打底層的填充量以及提高焊接層道數方法加以優化。U形坡口應該通過薄層打底與多道填充方法進行焊接。對于氣孔缺陷，主要是焊前清潔工作不到位以及焊接現場溫度低等原因造成，在焊接前需要對坡口進行清理，對層道間污物進行有效處理，若是現場溫度較低，則需要通過預熱方法進行處理。

參考文獻：

[1]李萬君， 劉大明， 王善更. 淺談高速動車組轉向架構架的焊接變形控制方案[J]. 中國化工貿易， 2018， 10（10）：227-227.

[2]李萬君， 王善更， 孫維鵬. 淺談高速動車組轉向架管對接結構焊接缺陷控制[J]. 建材與裝飾， 2018.519（10）：302-302.

[3]劉大明， 李萬君， 王善更. 高速動車組轉向架構架焊接工藝與變形關系分析[J]. 中國化工貿易， 2018， 10（09）：208-208.