轉向架構架典型焊縫的焊接工藝優化

張文暄 馬征征 王璐 劉偉鑫

摘 要：轉向架構架焊縫焊接是我國軌道客車施工工藝中非常重要的環節。轉向架是軌道車輛的重要結構部件，其焊接生產直接決定著軌道客車的生產質量。但是，轉向架結構焊接中疲勞性問題是影響焊接工藝質量的重要問題。本文筆者簡要闡述了轉向架構架典型焊縫焊接的疲勞修補費問題，并提出了轉向架構架焊接工藝的優化措施。

關鍵詞：轉向架構架;疲勞性問題;焊接工藝

隨著我國工業進步以及工業工藝的發展，我國的軌道交通事業也取得了一定發展。我國的鐵路運輸建設，軌道交通車輛研究都已經達到了世界前列的地位。但是，在我國軌道車輛工業生產中，還存在著一定的問題，影響著軌道交通車輛生產進步，甚至導致軌道交通車輛在運行過程中出現事故。主要問題就是軌道車輛的轉向架焊接問題，由于焊接工藝的不完善，導致轉向架結構的典型焊縫焊接工藝出現疲勞性問題。

1.轉向架結構焊接疲勞性問題產生的主要原因

在傳統的軌道車輛轉向架結構中由鑄鋼構件以及搖枕結構組成，而在我國軌道車輛工藝改進之后，轉向架結構進行了優化，包括了空氣彈簧結構。在新轉向架結構進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行有效的控制，就要轉向架焊接疲勞性的產生原因進行分析。轉向架焊接疲勞性問題的原因主要包括以下幾個方面：1.焊接接頭的靜態承載能力較低是引起轉向架焊接疲勞實效的原因之一，轉向架焊接接頭的載荷能力比轉向架木材的載荷能力要低，使焊接接頭疲勞性實效。2.在轉向架設計過程中，往往重視對于轉向架的靜載強度設計，而忽略了轉向架的疲勞性設計，在轉向架焊接和使用中，對于疲勞性設計不合理將會造成疲勞性與實效問題。3.在轉向架結構設計過程中，結構設計日趨合理，但是在具體的轉向架焊接中，工藝使用經常出現瑕疵致使轉向架疲勞性實效。

2.改善轉向架焊接焊縫工藝，減少轉向架疲勞性問題

在轉向架結構進行焊縫焊接時，焊接接頭位置是最容易出現疲勞性實效問題的，而焊接接頭的焊根以及焊趾位置是疲勞性實效的集中點。所以，想要提升焊接接頭的疲勞強度，就要對焊接焊趾部位的焊接進行調整，改善焊趾部位的幾何形狀集中應力或者也可以調節焊接殘余應力場。

2.1提升焊趾部位幾何形狀集中應力的方法

2.1.1 TIG 熔修方法

TIG 熔修方法是減少轉向架焊趾部位幾何形狀應力的良好辦法，從而促進轉向架焊接接頭位置疲勞強度增加。而采用TIG 熔修方法是指對轉向架焊接接頭位置進行重新熔煉，并且通過重熔將轉向架焊縫與結構金屬之間變得更加平整。一般情況下，在進行用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，應該保證焊槍與轉向架焊趾部位有一定距離，距離應該保持在0.5mm-1.5mm之間（圖一）[1]。在進行轉向架焊縫重熔焊接之前，要對焊趾位置進行清理，保證焊趾位置整潔干凈。另外如果在焊接之前，對焊趾部位進行細致的打磨，使焊接部位更光滑將會更好。在TIG 熔修方法進行轉向架接頭焊趾重熔時，重熔過程如果發生熄弧現象，則要進行重新起弧處理。一般情況下，最好的起弧位置應該是焊道弧坑之前的6mm位置。而外國專家對于TIG 熔修方法應用于轉向架接頭焊接重熔進行了研究，通過計算分析發現，在2×106 循環下，轉向架疲勞強度能夠提升60%左右。

2.1.2機械加工方式

通過機械加工的方法也可以對轉向架接頭位置焊趾幾何集中應力進行降低，從而提升轉向架接頭的疲勞強度。采用機械加工的方式是指對轉向架焊縫位置進行機械加工。機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嚴重缺陷時，使用機械加工方法不能有效的降低焊縫根部的集中應力。并且機械加工方式的加工成本相對比較高，所以在當前轉向架焊縫焊接中機械加工方法應用較少。

3.調整殘余應力場

調整殘余應力場也是轉向架焊縫焊接中，減少接頭焊縫位置應力集中的有效方法，而對于轉向架焊縫焊接接頭焊趾部位殘余應力場的調節可以使用以下兩種方法[2]。首先，可以使用預過載方法，預過載法就是指預過載實驗，通過實驗的方式，對轉向架接頭位置的應力集中系數進行分析。在實驗中適應轉向架樣品進行焊接焊縫拉伸實驗。在轉向架焊接焊縫位置發生裂縫形變后，記錄此時的焊縫應力集中系數，并以此系數為標準進行焊接焊縫設計，利用實驗的方法對轉向架焊接焊縫的集中應力場進行調節。從而設計出合理的轉向架接頭位置疲勞性強度，從焊接設計角度來提升優化轉向架焊接縫工藝。（如圖二為拉伸實驗圖）

其次，還可以使用擠壓法進行轉向架焊接焊縫疲勞強度調節，在使用擠壓法過程中，就是對轉向架焊接焊縫接頭位置進行有效的擠壓，從而對轉向架接頭位置的殘余應力場進行調整，壓縮接頭縫位置的集中應力，從而提升轉向架接頭位置的疲勞強度。

結束語

轉向架架構接縫焊接工藝對于轉向架加工非常重要，直接關系著轉向架的疲勞強度，而轉向架的疲勞強度又對轉向架性能關聯。所以，提升轉向架架構典型焊縫焊接工藝，就是對軌道交通車輛運行質量的提升。本文筆者指出了應用TIG 熔修法、預過載實驗法、擠壓法以及機械加工法四種方法提升轉向架典型焊縫焊接工藝，希望能夠對轉向架焊接工藝的提升有所幫助。

參考文獻

[1]但楚臣， 楊黎明. V300-Zefiro轉向架構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. 焊接轉向架典型焊接結構疲勞性能與焊接工藝研究[J]. 黑龍江科技信息， 2017（14）：49-49.