中國標準動車組扭桿座組焊及焊縫修復工藝研究

李程錦

摘要：扭桿座是中國標準動車組車轉向架的重要部件，其連接著抗側滾扭桿揺枕，是保證列車運行平穩性和旅客乘座舒適性的重要部件。在列車運行中，扭桿座受到復雜的交變載荷作用，其焊接工藝是構架制造過程中的一項技術難點。本文通過對比分析扭桿座焊縫的兩種接頭形式，探討焊接參數和焊接缺陷修復工藝，對提升焊接質量和生產效率有一定的指導意義。

關鍵詞：中國標準動車組;扭桿座;CR400BF;轉向架構架

引言

中國標準動車組是中國完全擁有自主知識產權的新一代高速動車組，其構架各零部件的焊接質量關系到列車的行車安全。扭桿座是中國標準動車組CR400BF型轉向架的重要部件之一，其連接著抗側滾扭桿搖枕，是保證列車運行平穩性和旅客乘座舒適性的重要部件。因此，扭桿座與側梁間的焊縫焊接質量尤為重要。

宮平[1]等探討了高速動車組轉向架典型焊接接頭型式及其工藝評定方法，確保其有效性和適宜性。劉亞良[2]等利用有限元軟件，得出補焊使焊縫中心及熱影響區的殘余應力增加明顯，對遠離熱影響區的母材影響效果不明顯。本文針對CR400BF型轉向架扭桿座的接頭型式、焊接工藝及焊接缺陷修復工藝進行探討，確保焊縫成型質量滿足設計要求。

扭桿座結構

列車運行過程中，扭桿座主要受到復雜的交變載荷作用，為了保證其結構的力學性能選用鍛件。扭桿座與側梁間焊縫呈現為一條空間曲線[3]，施焊空間較小，焊接難度較大，其焊縫質量等級為EN15085 CPB級，焊接后采用射線（RT）探傷。

扭桿座組焊及缺陷修復工藝

材料屬性

扭桿座材質選用Q345E低合金高強鋼，碳當量≤0.45%，按照EN10228進行100%裂紋檢查，質量等級為4。對扭桿采用正火熱處理工藝，微觀組織主要為細小的珠光體，具有良好的焊接性及力學性能。

扭桿座焊縫坡口的設計與優化

在CR400BF型構架試制階段，扭桿座的焊縫坡口形式采用帶2mm鈍邊的雙邊V型30°坡口，板厚為18mm。在研制過程中發現，坡口角度較小，焊槍擺幅不足，焊縫與坡口側壁易熔深不足，焊縫根部易產生未熔合、氣孔等缺陷，射線探傷一次合格率較低。

為改善焊縫成型質量，對此坡口進行優化。扭桿座與側梁間的焊縫，采用2mm鈍邊、半徑為16mm的雙邊U型坡口，板厚為18mm。U型坡口的設計有利于焊槍的擺動，有利于焊縫的全熔透以及焊縫與坡口側壁的熔合性。2mm的鈍邊有效避免焊縫燒穿。經實踐證明，U型坡口較之V型坡口，焊縫射線探傷一次合格率提升較大。

扭桿座焊接工藝

扭桿座焊縫熔深要求9mm，焊腳飽滿，表面成型圓滑，封頭需要打磨圓滑過渡，焊縫的起、收弧點及端部焊縫需要打磨。組焊前需將焊縫兩側不小于20mm范圍內的油污、灰塵、水等雜質去除。

扭桿座組對時，焊縫錯邊量小于2mm，組對間隙總體控制在1mm以內，對于曲線段焊縫允許焊縫局部間隙在2mm以內。定位焊時，為防止燒穿，在焊縫端部可采用小規范焊接，電流90–110A，電壓16–18V。

焊接時，利用工裝和變位機，調整焊縫為PA/PB位置進行焊接。采用保護氣體為Ar：CO2=82：18的MAG焊。

側梁正裝放置，采用多層多道焊，層間溫度控制小于250℃，完成扭桿座填充及蓋面焊后，在扭桿座背面進行清根，保證焊接質量。打底焊，采用電流210–230A，電壓25–27V;填充焊，采用電流240–260A，電壓28–30V;蓋面焊，采用電流250–270A，電壓29–31V。

扭桿座焊接缺陷修復

扭桿的焊接缺陷主要分為表面缺陷和內部缺陷。通常情況下，同一部位焊縫返修次數不超過兩次。

表面缺陷修復工藝 扭桿座焊接常見的表面缺陷包括表面氣孔、表面焊縫裂紋、弧坑裂紋、咬邊和焊瘤等，表面缺陷的檢驗以目視檢測和磁粉探傷為主。

選擇合適的磨削工具，包括角向砂輪、旋轉銼等，將缺陷磨削去除，經探傷確認缺陷是否去除干凈。缺陷清除后，若打磨深度不超過0.5mm，則采用打磨工具將打磨區域與周圍焊縫圓滑過渡即可;若打磨深度超過0.5mm，則需對打磨區域進行補焊、打磨，與周圍焊縫圓滑過渡。

內部缺陷修復工藝 內部缺陷主要有未焊透、未熔合、內部氣孔、夾渣等。側梁反裝放置，從扭桿座焊縫背面進行打磨清理，配合磁粉探傷，確認缺陷是否完全清除。

修磨后的溝槽底部應為”U”形截面，底部半徑不小于5mm，以便于焊接和熔合。當缺陷為擴展性質裂紋時，應在裂紋兩端盡頭鉆止裂孔（約φ5）后，再進行去除裂紋修磨。當修磨后焊道僅一端有止裂孔而另一端為開放性時，焊接時應從止裂孔端起弧，向外焊接。焊修后用砂輪、拋光輪等對焊縫及過渡區域進行修磨，使之焊縫與母材圓滑過渡，要求修磨痕跡方向與構件該處受力方向基本平行。

結論

通過對比分析CR400BF型轉向架扭桿座的坡口型式，焊接工藝以及缺陷修復的探討，有效提升了扭桿座的焊接質量：

通過優化焊縫坡口形式，采用合理的焊接工藝參數，利用工裝和變位機，將焊縫的空間曲線分布形式，調整為PA/PB位置進行焊接，有效提高了焊縫的射線探傷一次合格率。

對于表面缺陷，采用適當的打磨工具進行打磨，利用磁粉探傷確認缺陷是否完全清理。若打磨深度不超0.5mm，則焊縫與母材圓滑過渡即可，若超過0.5mm，則補焊并將焊縫與母材圓滑過渡。

對于內部缺陷，為了保障焊接可達性，側梁反裝放置，從焊縫背面打磨，保證U型的幾何截面，注意層間清理和層間溫度，確保焊修質量。

參考文獻

宮平，常力.動車組轉向架構架焊接工藝評定分析與討論 [J].電焊機，2017，47（1）：86–91.

劉亞良，楊鑫華.補焊位置對S355J2W對接接頭殘余應力分布影響 [J].遼寧工程技術大學學報：自然科學版，2016，11）：1290–1294.

李小軍，劉冠男. CR400BF轉向架構架關鍵制造工藝;proceedings of the 2018高速鐵路先進焊接技術國際研討會，F，2018 [C].