關于高速動車組構架側梁焊接技術的探討

王海龍 高興勇

摘 要：眾所周知高速動車組是十三五規劃和發展的重點，國家在十三五規劃中明確2020年至2021年要確保高鐵網覆蓋80%以上的大城市，那么現在國家已經做到了2017年的計劃。高鐵車已經成為大眾出行的首選，為了安全、方便、快捷，高速動車組列車已經承擔旅客運量比重達到65%以上，所以如何保證高速動車組的安全性、穩定性、可靠性是生產制造領域持續探討和研究的領域。那么轉向架作為高速動車組的重要組成部件，是支撐車體，承受并傳遞從車體至輪對之間的各種載荷及作用的，研究轉向架的組成結構對于提高轉向架的可靠性、安全性、穩定性是極為關鍵的。本文主要是針對轉向架的重要部件構架進行詳細分析，通過對構架結構的了解，分析構架側梁的焊接難點，探討解決焊接難點的具體措施，為同行業在后續對轉向架生產制造過程中節約時間以及更加有效避免焊接缺陷。

關鍵詞：高速動車組;轉向架;側梁組成;焊接技術

前言

高速動車組有很多車型：CRH3型車系列動車組、350公里標準動車組項目、250公里標準動車組項目等，我國的高速動車組快速發展，可以說在世界上也是領跑水平。高速動車組轉向架作為高速動車組的核心部件之一，技術水平、制造水平一直都是影響車輛質量、速度的因素。轉向架構架的材質有鈦合金、普通鋼材質等，材質不同、所展現出來的特點也不相同。比如說鈦合金材質，由于其自身的金屬密度小、抗拉強度高、比強度大，最重要的具備極強的耐腐蝕性，這種材質的結構可以有效的滿足設計師對轉向架的輕量化設計要求，在達到高速動車組行駛時高速度的要求，還能更好的延長轉向架的壽命。轉向架構架的主要結構是側梁組成、橫梁組成。本文著重討論側梁組成，屬于封閉箱體型結構，對各個尺寸要求的精度極高，如果構架的尺寸存有偏差會直接影響轉向架組裝質量，嚴重會導致部分部件無法組裝，其次是側梁的焊接質量，如果鋼結構焊接質量相對較為容易保證，但是鈦合金的金屬特性決定了其焊接難度。

1 構架側梁組成焊接難點

側梁組成為封閉箱體結構，尺寸為3411mm×212 mm×721 mm。側梁組成選用TA18和TA2鈦合金材料，其力學性能參考GB/T3621《鈦及鈦合金板材》，力學性能參數如表1 所示;化學成分參考GB/T3620.1《鈦及鈦合金牌號和化學成分》。

側梁組成的焊接難點如下：

（1）鈦合金側梁組成焊接變形量大。由于鈦合金彈性模量為118～123 GPa，約為鋼材的50%，所以相對于鋼制側梁組成而言，鈦合金側梁組成焊接變形量更大，焊后側梁組成尺寸更難滿足要求。

（2）鈦合金側梁組成焊接過程中部分焊接接頭無法進行氣體保護。由于鈦合金側梁組成是一種大而密封的不規則結構，在焊接過程中很多焊接接頭無法進行有效的惰性氣體保護，導致接頭與空氣中氫、氧、氮氣體發生反應，形成脆化組織，嚴重影響產品的焊接質量。

（3）側梁組成的焊接工藝過程以及焊接方法是控制其焊接質量的難點。側梁組成的結構較為特殊，焊縫的特點是長短不一、焊接位置不易操作，需要針對這樣的結構和焊接難點合理的制定焊接工藝方法和焊接手段。如果在焊接過程中熱輸入較大時，冷卻速度較慢會導致金屬變形;如果冷卻速度太快會導致出現淬硬組織，影響焊接質量。

2 側梁組成焊接難點以及控制手段

2.1 針對側梁焊接變形的措施

（1）由于動車組側梁組成的特殊性，需要針對焊接過程制定詳細的工藝方案，焊接的工藝方案的方案需要規定好焊接的方法、焊接的順序、焊接參數等一些列的焊接標準。具體流程圖如下所示。

（2）利用焊接柔性平臺、C 型夾具、自行設計的側梁組成專用工裝等工具進行輔助焊接。

（3）由于側梁組成在焊接的過程中，由于特殊性所以需要合適的工裝，由于工裝對其具備束縛性，導致變形應力無法得到釋放。在焊接過程中在焊接夾具、工裝工具的作用下進行熱處理，同時消除殘余內應力，以此確保焊接精度。

2.2 側梁的焊接方法

側梁組成的焊接方法一般根據側梁組成的材料來決定，如果是鋼結構，通常采用自動CO2氣體進行保護焊;如果是鈦合金材料時，通常采用惰性氣體進行保護焊;為了降低焊接的熱輸入可以選擇采用交叉斷續的焊接方式。

2.3 針對側梁組成焊接接頭的控制方法

針對于動車組側梁焊接的常見焊接問題主要有金屬表面氣孔、組織脆化、金屬焊接裂紋等。以上常見問題中金屬表面氣孔的原因是在焊接過程中金屬表面受到污染或者情節不到位造成中，可通過保證金屬表面狀態來預防;組織脆化和焊接表面裂紋主要是由于焊接接頭氣體保護效果不佳造成的，需要使用惰性氣體對焊接接頭進行保護來預防組織脆化和裂紋的產生。

3 結束語

綜上所述，可以了解到構架側梁的材料不同，由于參數不同，側梁強度也不一樣。鈦合金材質的側梁與鋼結構側梁相比，總重量下降了43%，理論上該種轉向架設計還存在優化空間。通過對轉向架側梁的結構分析，并對工序過程進行分解，優化工裝工具以及其他的輔助焊接工具，確保焊接操作過程的可操作性。同時采用手工鎢極惰性氣體保護焊并制定相應的焊接工藝;焊后通過真空熱處理消除焊接殘余內應力，以解決鈦合金側梁組成焊接變形、焊接質量等技術難題。最后在側梁組成焊接的過程中根絕焊接結構的特性，制定合適的焊接方法、焊接工藝流程、焊接順序、焊接參數等，最大程度的降低焊接缺陷，已達到最小程度的焊接缺陷及焊接變形。

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