轉(zhuǎn)向架構(gòu)架典型焊縫的焊接工藝優(yōu)化

張文暄 馬征征 王璐 劉偉鑫

摘 要：轉(zhuǎn)向架構(gòu)架焊縫焊接是我國軌道客車施工工藝中非常重要的環(huán)節(jié)。轉(zhuǎn)向架是軌道車輛的重要結(jié)構(gòu)部件，其焊接生產(chǎn)直接決定著軌道客車的生產(chǎn)質(zhì)量。但是，轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)焊接中疲勞性問題是影響焊接工藝質(zhì)量的重要問題。本文筆者簡要闡述了轉(zhuǎn)向架構(gòu)架典型焊縫焊接的疲勞修補(bǔ)費(fèi)問題，并提出了轉(zhuǎn)向架構(gòu)架焊接工藝的優(yōu)化措施。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)向架構(gòu)架;疲勞性問題;焊接工藝

隨著我國工業(yè)進(jìn)步以及工業(yè)工藝的發(fā)展，我國的軌道交通事業(yè)也取得了一定發(fā)展。我國的鐵路運(yùn)輸建設(shè)，軌道交通車輛研究都已經(jīng)達(dá)到了世界前列的地位。但是，在我國軌道車輛工業(yè)生產(chǎn)中，還存在著一定的問題，影響著軌道交通車輛生產(chǎn)進(jìn)步，甚至導(dǎo)致軌道交通車輛在運(yùn)行過程中出現(xiàn)事故。主要問題就是軌道車輛的轉(zhuǎn)向架焊接問題，由于焊接工藝的不完善，導(dǎo)致轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)的典型焊縫焊接工藝出現(xiàn)疲勞性問題。

1.轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)焊接疲勞性問題產(chǎn)生的主要原因

在傳統(tǒng)的軌道車輛轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)中由鑄鋼構(gòu)件以及搖枕結(jié)構(gòu)組成，而在我國軌道車輛工藝改進(jìn)之后，轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，包括了空氣彈簧結(jié)構(gòu)。在新轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)進(jìn)行焊接工藝施工的過程中，就要更加注意焊接工藝的使用，以及對焊接疲勞性的有效控制。而要對焊接疲勞性進(jìn)行有效的控制，就要轉(zhuǎn)向架焊接疲勞性的產(chǎn)生原因進(jìn)行分析。轉(zhuǎn)向架焊接疲勞性問題的原因主要包括以下幾個方面：1.焊接接頭的靜態(tài)承載能力較低是引起轉(zhuǎn)向架焊接疲勞實(shí)效的原因之一，轉(zhuǎn)向架焊接接頭的載荷能力比轉(zhuǎn)向架木材的載荷能力要低，使焊接接頭疲勞性實(shí)效。2.在轉(zhuǎn)向架設(shè)計過程中，往往重視對于轉(zhuǎn)向架的靜載強(qiáng)度設(shè)計，而忽略了轉(zhuǎn)向架的疲勞性設(shè)計，在轉(zhuǎn)向架焊接和使用中，對于疲勞性設(shè)計不合理將會造成疲勞性與實(shí)效問題。3.在轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，結(jié)構(gòu)設(shè)計日趨合理，但是在具體的轉(zhuǎn)向架焊接中，工藝使用經(jīng)常出現(xiàn)瑕疵致使轉(zhuǎn)向架疲勞性實(shí)效。

2.改善轉(zhuǎn)向架焊接焊縫工藝，減少轉(zhuǎn)向架疲勞性問題

在轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)進(jìn)行焊縫焊接時，焊接接頭位置是最容易出現(xiàn)疲勞性實(shí)效問題的，而焊接接頭的焊根以及焊趾位置是疲勞性實(shí)效的集中點(diǎn)。所以，想要提升焊接接頭的疲勞強(qiáng)度，就要對焊接焊趾部位的焊接進(jìn)行調(diào)整，改善焊趾部位的幾何形狀集中應(yīng)力或者也可以調(diào)節(jié)焊接殘余應(yīng)力場。

2.1提升焊趾部位幾何形狀集中應(yīng)力的方法

2.1.1 TIG 熔修方法

TIG 熔修方法是減少轉(zhuǎn)向架焊趾部位幾何形狀應(yīng)力的良好辦法，從而促進(jìn)轉(zhuǎn)向架焊接接頭位置疲勞強(qiáng)度增加。而采用TIG 熔修方法是指對轉(zhuǎn)向架焊接接頭位置進(jìn)行重新熔煉，并且通過重熔將轉(zhuǎn)向架焊縫與結(jié)構(gòu)金屬之間變得更加平整。一般情況下，在進(jìn)行用TIG 熔修方法使用過程中，都是使用鎢極氬弧焊方法。

在TIG 熔修焊接方法使用過程中，應(yīng)該保證焊槍與轉(zhuǎn)向架焊趾部位有一定距離，距離應(yīng)該保持在0.5mm-1.5mm之間（圖一）[1]。在進(jìn)行轉(zhuǎn)向架焊縫重熔焊接之前，要對焊趾位置進(jìn)行清理，保證焊趾位置整潔干凈。另外如果在焊接之前，對焊趾部位進(jìn)行細(xì)致的打磨，使焊接部位更光滑將會更好。在TIG 熔修方法進(jìn)行轉(zhuǎn)向架接頭焊趾重熔時，重熔過程如果發(fā)生熄弧現(xiàn)象，則要進(jìn)行重新起弧處理。一般情況下，最好的起弧位置應(yīng)該是焊道弧坑之前的6mm位置。而外國專家對于TIG 熔修方法應(yīng)用于轉(zhuǎn)向架接頭焊接重熔進(jìn)行了研究，通過計算分析發(fā)現(xiàn)，在2×106 循環(huán)下，轉(zhuǎn)向架疲勞強(qiáng)度能夠提升60%左右。

2.1.2機(jī)械加工方式

通過機(jī)械加工的方法也可以對轉(zhuǎn)向架接頭位置焊趾幾何集中應(yīng)力進(jìn)行降低，從而提升轉(zhuǎn)向架接頭的疲勞強(qiáng)度。采用機(jī)械加工的方式是指對轉(zhuǎn)向架焊縫位置進(jìn)行機(jī)械加工。機(jī)械加工方式的使用與TIG 熔修方法比具有一定的局限性，在焊縫根部位置出現(xiàn)嚴(yán)重缺陷時，使用機(jī)械加工方法不能有效的降低焊縫根部的集中應(yīng)力。并且機(jī)械加工方式的加工成本相對比較高，所以在當(dāng)前轉(zhuǎn)向架焊縫焊接中機(jī)械加工方法應(yīng)用較少。

3.調(diào)整殘余應(yīng)力場

調(diào)整殘余應(yīng)力場也是轉(zhuǎn)向架焊縫焊接中，減少接頭焊縫位置應(yīng)力集中的有效方法，而對于轉(zhuǎn)向架焊縫焊接接頭焊趾部位殘余應(yīng)力場的調(diào)節(jié)可以使用以下兩種方法[2]。首先，可以使用預(yù)過載方法，預(yù)過載法就是指預(yù)過載實(shí)驗(yàn)，通過實(shí)驗(yàn)的方式，對轉(zhuǎn)向架接頭位置的應(yīng)力集中系數(shù)進(jìn)行分析。在實(shí)驗(yàn)中適應(yīng)轉(zhuǎn)向架樣品進(jìn)行焊接焊縫拉伸實(shí)驗(yàn)。在轉(zhuǎn)向架焊接焊縫位置發(fā)生裂縫形變后，記錄此時的焊縫應(yīng)力集中系數(shù)，并以此系數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行焊接焊縫設(shè)計，利用實(shí)驗(yàn)的方法對轉(zhuǎn)向架焊接焊縫的集中應(yīng)力場進(jìn)行調(diào)節(jié)。從而設(shè)計出合理的轉(zhuǎn)向架接頭位置疲勞性強(qiáng)度，從焊接設(shè)計角度來提升優(yōu)化轉(zhuǎn)向架焊接縫工藝。（如圖二為拉伸實(shí)驗(yàn)圖）

其次，還可以使用擠壓法進(jìn)行轉(zhuǎn)向架焊接焊縫疲勞強(qiáng)度調(diào)節(jié)，在使用擠壓法過程中，就是對轉(zhuǎn)向架焊接焊縫接頭位置進(jìn)行有效的擠壓，從而對轉(zhuǎn)向架接頭位置的殘余應(yīng)力場進(jìn)行調(diào)整，壓縮接頭縫位置的集中應(yīng)力，從而提升轉(zhuǎn)向架接頭位置的疲勞強(qiáng)度。

結(jié)束語

轉(zhuǎn)向架架構(gòu)接縫焊接工藝對于轉(zhuǎn)向架加工非常重要，直接關(guān)系著轉(zhuǎn)向架的疲勞強(qiáng)度，而轉(zhuǎn)向架的疲勞強(qiáng)度又對轉(zhuǎn)向架性能關(guān)聯(lián)。所以，提升轉(zhuǎn)向架架構(gòu)典型焊縫焊接工藝，就是對軌道交通車輛運(yùn)行質(zhì)量的提升。本文筆者指出了應(yīng)用TIG 熔修法、預(yù)過載實(shí)驗(yàn)法、擠壓法以及機(jī)械加工法四種方法提升轉(zhuǎn)向架典型焊縫焊接工藝，希望能夠?qū)D(zhuǎn)向架焊接工藝的提升有所幫助。

參考文獻(xiàn)

[1]但楚臣， 楊黎明. V300-Zefiro轉(zhuǎn)向架構(gòu)架典型接頭焊接工藝[J]. 金屬加工（熱加工）， 2016（8）：42-45.

[2]高志波. 焊接轉(zhuǎn)向架典型焊接結(jié)構(gòu)疲勞性能與焊接工藝研究[J]. 黑龍江科技信息， 2017（14）：49-49.