高速動車組轉臂定位座焊接質量控制

王洪科

摘要：動車組轉向架是動車的重要組成構建，其轉向架技術是高速動車依靠輪軌接觸驅動運行的核心技術。轉向架的結構與質量直接影響著高速動車組的動力性能、行車安全與行車品質，而其結構的質量與定位座焊接質量有著直接的關聯。本文就來探討高速動車組轉臂定位座及其焊接工藝。通過焊接工藝的選擇來強化定位座焊接質量。旨在為高速動車組轉向架轉臂定位座的質量控制提供一些參考。

關鍵詞：高速動車組;轉臂定位座;焊接技術

1 ?轉臂定位座結構分析

轉臂定位座結構的定位轉臂一段與圓筒形軸箱體固接，另一端通過橡膠彈性節點與構架上的安裝座連接。橡膠彈性節點允許軸箱相對構架有較大的上下方向唯一，橡膠件使軸線縱向和橫向位移的定位剛度存在差異性，主要是為了適應縱向和橫向不同方向上的彈性定位剛度需求。由于橡膠彈性節點的作用，轉臂定位座結構也成為彈性鉸定位結構。定位座的材質為Q345E，符合標準QB/T-1591-2018，常用低合金結構，具有較好的焊接性能。連接部位的板厚20毫米，雙面開HY型坡口，坡口角度45°，焊縫接頭形式為雙面9HY+a3。它位于測量下方，與側梁下蓋板連接的位置。側梁下蓋板的材質為18-S355J2W+N，符合標準EN10025-5。轉臂定位座結構、下蓋板的力學性能及化學成分如表1、表2所示，焊接縫如圖1所示。

2 ?轉臂定位座焊接變形的原因分析

轉臂定位座焊接變形是最大的焊接質量問題，而形變控制則是質量控制的重點。分析轉向架轉向臂定位座的焊接形變原因有助于我們更好的加強形變控制，提高定位座的焊接質量。

轉向架的轉向臂定位座是固定軸線的主要構件，結構包括橫向側檔座、橫向減震器做、下定位拉桿座、齒輪箱吊座、空氣彈簧座、制動橫梁座、牽引拉桿座等，各結構部件之間空隙較小，而焊接過程中母材會發生熱應變，熱應變在持續累積的情況下產生內應力，內應力驅使構件發生壓力彎曲、回轉等問題，因此導致構架發生焊接形變。

焊接形變的程度受焊接材料、焊接熱物理參數、力學性能、結構復雜性、焊接工藝等多因素影響。焊接材料的硬度較小、板材厚度薄、輸入熱量加大、焊接發生位移等情況會加劇焊接形變的發生。

3 ?焊接工藝分析

3.1 填充材料

通過比對表1、表2中的數據標準，轉臂定位座、下蓋板屈服強度與抗拉強度相同，分別是345MPa和470～630MPa。根據ISO14341-A標準相關的標準，G424MG0實心焊可與其焊接部位匹配。選擇直徑1毫米的焊絲，屈服強度和抗拉強度分別為420MPa和500～640MPa。采用熔化極氣體保護焊接，選取標準ISO14175中的M21組分，即？準（Ar）82%+？準（CO2）18%。

3.2 焊接工藝參數調整

選擇GMAW焊接法對轉臂定位座進行焊接。焊接結構工藝參數確定為9HY+a3，采用直流電極正接三層三道焊。轉臂定位座結構內部空間狹小，為了防止焊接不均勻問題的發生，應對焊接參數通過實驗進行多次調整，確定最佳的焊接參數、輸入熱量、焊接速度、焊接電流、焊接電壓等。焊接后要檢查是否存在咬邊、未焊透、未熔合等焊接問題。以上焊接缺陷多由于焊接輸入熱量較小造成。如果存在以上缺陷，因逐漸的加大焊接輸入熱量，并對焊接部位做質量檢查，確定最優的焊接輸入熱量參數。一般焊接參數參考表3。此外，部分情況還會導致焊接裂紋的產生，多是由于內應力加大所致。內應力的增大與焊接溫度緊密相關。在焊接前對焊接層進行預熱，防止焊接部位內部發生較大的局部溫度梯度，可由小的減緩焊接裂紋缺陷的產生。轉臂定位座的碳當量計算公式為：Ceq（IIW）=C+。根據公式，轉臂定位座的碳當量結果為0.475%。預熱層溫度計算公式為T=350·（Ceq-0.25）0.5，最終確定預熱層溫度為166℃。因此，預熱層溫度控制在166℃左右即可。實驗室確定的最有預熱層參數范圍為155～170℃。

3.3 焊接變形控制

焊接變形是焊接過程中不可避免的問題。焊接變形的程度可通過調整參數來控制（如圖2）。焊接變形也屬于焊接缺陷，發生焊接變形后需要對變形部位及時修正。二次修正的過程事實上也屬于對焊接部位構建的一種破壞。為了減少這種修正對焊接部位造成的破壞，要合理的選擇焊接工具、焊接方式，確定焊接的最佳順序，嚴格執行化解順序。

轉臂定位座內部結構相對緊密，焊接難度大，焊接工具無法做全方位的焊接質量控制，一般初選焊縫是難以避免的。只能通過調整焊槍的角度來提高焊接接觸部位的精確度。鍛件結構簡單，且焊接抗形變的作用明顯。焊接順序應由難到易，依次為內部的打底、焊接填充、蓋面層內部焊接、外側焊接。詳細的焊接順序參考為：①焊接轉臂定位座內側打底焊縫;②焊接轉臂定外左外側打底和填充層;③焊接轉臂定位座內存的填充和蓋面層;④焊接外側蓋面層。依照以上焊接順序，能最大程度的減少焊接過程中發生的焊接部位變形問題，且能一次性完成焊接。

4 ?焊接質量控制的要點及注意事項

4.1 焊接質量控制要點

焊接形變控制是高速動車組轉臂定位座焊接質量控制的關鍵。為了防止焊接形變，焊接時要把握好尺寸，同時采用對焊接部位進行打磨處理，使焊接斜度保持在1：4。采用氣體保護焊接修正時，為了防止焊縫變形，可對環節部位采用焊接夾具固定。

4.2 注意事項

①由于轉向架是高速動車組的重要承載部件，務必要焊接變形控制。焊接變形控制從焊接預防、焊接控制、焊接后矯正三方面入手。預防是采用剛性固定夾具固定組織，在進行焊接，防止焊接過程中的拉伸位移，減少殘余應力的發生。在焊接過程中，選擇最佳焊接參數和焊接順序，控制變形。焊接后采用加熱矯正法進行矯正。

②焊接變形超出設計尺寸時一般不建議采用火焰或機械法矯正變形。因為火焰或機械矯正會改變焊接部位殘余應力的分布狀態，降低轉向架結構的疲勞強度，同時還會增加焊接的成本。一般通過調整焊接順序、改變輸入熱量、增加焊接約束條件等來控制焊接形變量。

③側梁底部的四道對接焊縫焊接前預熱層的溫控應大于150℃。

④焊接完成后因及時采取矯正措施消除內應力，控制形變。碳鋼部位的焊接矯正采用火焰矯正的方法。

⑤端頭與上蓋板之間的對接焊縫應提前預熱150℃以上。

⑥焊接完成后采用超聲波探傷、射線檢查、內窺鏡檢測焊接部位質量。

5 ?結語

從轉臂定位座的結構特征分析，不同結構的金屬材料材質、厚度及焊接面不同。在實施轉臂定位座結構焊接時，要根據轉臂定位座結構各部位的材料科學合理的選擇填充材料，通過不斷調整確定最優焊接工藝參數，確保各部位焊接質量。由于焊接順序對于轉臂定位座焊接質量、焊接成本、焊接效率等有著重要的影響，因此還需通過實驗確定最佳的焊接順序，以便于在焊接過程中完成一次性成功焊接，避免多次重復調整造成的成本、時間浪費，提高轉臂定位座的焊接效率。

參考文獻：

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