關(guān)于鐵路產(chǎn)品鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量問題的分析

孫宇辰

（北京揚(yáng)天泰格鐵路裝備技術(shù)開發(fā)有限公司，北京 100000）

隨著我國(guó)鐵路出行的多次提速，對(duì)軌道車輛的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的要求也越來越高。鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)品是機(jī)車車輛非常重要且無可替代的組成部分，所以提高產(chǎn)品鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量就成為提高機(jī)車車輛整體外觀和安全性能的一個(gè)極其重要的環(huán)節(jié)。雖然國(guó)家和相關(guān)部門出臺(tái)了許多標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范約束生產(chǎn)制造，然而，一些鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)品往往存在這樣或那樣的問題，如產(chǎn)品鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂紋、部件表面油漆剝落、不必要的組裝等類似的質(zhì)量問題。消除鋼結(jié)構(gòu)常見的質(zhì)量問題是一項(xiàng)大型的系統(tǒng)工程，需要在制造過程的各個(gè)階段、生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)以及設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)給予足夠的重視。 同時(shí)，要推廣應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)中的新技術(shù)、新工藝，全面消除鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量問題，確保機(jī)車車輛產(chǎn)品質(zhì)量安全[1]。

1 鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量問題的分析

鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)品質(zhì)量難以保證的原因有很多，也很復(fù)雜。有做工不到位造成的問題，有技術(shù)操作中斷造成的問題，有技術(shù)水平造成的問題，有錯(cuò)誤造成的質(zhì)量問題，以及設(shè)計(jì)師和決策者的責(zé)任感造成的問題。

1.1 鋼材本身存在的問題

隨著科技的進(jìn)步，市場(chǎng)上出現(xiàn)了各式各樣的新型高性能鋼材。機(jī)車車輛所用產(chǎn)品的鋼結(jié)構(gòu)也就越來越多地開始采用這些高性能鋼材。這對(duì)于提高機(jī)車車輛整體的生產(chǎn)水平起到了很大的推動(dòng)作用，但鋼材本身的質(zhì)量也就成為造成產(chǎn)品鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量問題的一個(gè)起因。

例如在施焊過程中發(fā)現(xiàn)事故車架梁出現(xiàn)了撕裂現(xiàn)象，經(jīng)過無損檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)裂紋深度約為3mm。軋制質(zhì)量差是造成質(zhì)量問題的主要原因。在焊接過程中，焊接產(chǎn)生的焊接電壓會(huì)撕裂材料。出現(xiàn)了撕裂現(xiàn)象。如圖所示：

原因分析：由于所用零件的性質(zhì)，該零件用作組件中的結(jié)構(gòu)構(gòu)件。 由于材料分層，焊接產(chǎn)生的焊接應(yīng)力向外釋放，板材在厚度方向斷裂。

可以根據(jù)實(shí)際情況采取以下的幾種措施進(jìn)行處理：

（1）鋼中大量夾層是鋼廠自身在軋制過程中造成的質(zhì)量問題。它超過了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的要求?？梢砸箐搹S派人到鋼廠檢查洽談，退貨或進(jìn)行更換處理；

（2）如果夾層數(shù)量少，可以征求技術(shù)部門和業(yè)主的意見，將信息反饋給鋼廠，并采取施工措施消除遇到的問題。根據(jù)無損檢測(cè)的結(jié)果，對(duì)所有有問題的部位進(jìn)行刨削，然后在深度本身填充相同強(qiáng)度的焊材，完成后進(jìn)行表面處理，在規(guī)定的時(shí)間后進(jìn)行無損檢測(cè)，同樣選擇組件進(jìn)行物理和化學(xué)測(cè)試，只要符合設(shè)計(jì)規(guī)范，就可以繼續(xù)使用[2]；

（3）在主管的監(jiān)督下，零件被切割并更換為合格的鋼材，替換件用于非結(jié)構(gòu)件和次要件或作為輔助材料。完成后，將進(jìn)行無損檢測(cè)，指定時(shí)間后執(zhí)行，做好詳細(xì)記錄[3]。

1.2 在施工過程中出現(xiàn)的問題

加工過程中更容易出現(xiàn)質(zhì)量問題，后處理困難主要是由于特定工序和關(guān)鍵工序，質(zhì)量問題在整體工序中所占的比例很小。特殊工藝包括焊接和噴漆，而重要工藝包括沖壓和組裝。

（1）焊接工序。該工序?qū)儆陔[蔽性工序，這道工序是組建產(chǎn)品鋼結(jié)構(gòu)的非常重要的一道工序，也是最易發(fā)生質(zhì)量問題的工序之一。在這道工序易出現(xiàn)以下問題：起焊位置不正確、夾渣、未溶合、氣孔等問題。此類問題是直接影響產(chǎn)品質(zhì)量的主要問題，因此此類問題應(yīng)由專業(yè)檢測(cè)公司使用專業(yè)工具和經(jīng)驗(yàn)豐富的焊接檢驗(yàn)人員進(jìn)行檢查，才可評(píng)判出來。例如：

圖2的起焊位置不正確，這種焊接應(yīng)從兩根梁的對(duì)接處起焊，即從對(duì)角上起焊，就如圖2所示。如圖1焊接出來的產(chǎn)品強(qiáng)度、抗震性等都不如圖2所示的焊接方式好，容易開裂。因此在鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求很高時(shí)，圖1的焊接方式絕對(duì)達(dá)不到的要求，必須采用圖2所示的焊接方式。圖3所示為焊接時(shí)產(chǎn)生了氣孔，需要進(jìn)行相應(yīng)的補(bǔ)焊，或者切割下來重新焊接。正確的焊接方式如圖4所示。在焊接時(shí)還有很重要的一道工序就是打磨，施焊前后工件均須打磨，多數(shù)作業(yè)人員知道焊前要打磨，但卻不知道打磨到什么程度，有時(shí)為圖省事干脆不進(jìn)行打磨。那么最終導(dǎo)致的就是焊接不牢固，強(qiáng)度達(dá)不到要求，外觀也不美觀。那焊前打磨有什么好處呢？焊前進(jìn)行打磨可以大大提高可焊性，使焊接牢固可靠，而且焊縫美觀。打磨到什么程度最好呢？最好是將焊接處打磨出金屬光澤，而且是愈平整愈好。焊接這道工序上的實(shí)際問題非常多，這也是導(dǎo)致產(chǎn)品鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量問題的重點(diǎn)所在，所以在質(zhì)量檢驗(yàn)中這是一個(gè)重要的檢驗(yàn)部分，也是設(shè)計(jì)者驗(yàn)證設(shè)計(jì)產(chǎn)品可靠性重點(diǎn)關(guān)注的環(huán)節(jié)。

圖1 鋼材本身表面所出現(xiàn)的撕裂現(xiàn)象

圖2 整體焊接工序

圖3 整體涂漆工藝

（2）涂裝工序。這個(gè)過程也是潛伏的，對(duì)結(jié)構(gòu)的影響小于對(duì)使用功能的影響，但嚴(yán)重影響外觀質(zhì)量。這個(gè)過程也更容易出現(xiàn)質(zhì)量問題。工藝質(zhì)量問題主要表現(xiàn)在：構(gòu)件表面漆膜大面積局部剝落、構(gòu)件表面漆膜剝落、流掛現(xiàn)象、漆膜厚度不足、漆膜分布不均漆膜顏色的厚度和差異更多。例如以下幾例：

（3）漆膜上出現(xiàn)顆粒狀現(xiàn)象，這是因?yàn)閲娖崆皼]有將表面處理干凈，這是一些小顆粒物體附著在鋼結(jié)構(gòu)的表面，最終導(dǎo)致圖示現(xiàn)象。

解決方法：用砂紙將表面打磨平整重新噴漆。

圖6是噴漆時(shí)局部漆太多，導(dǎo)致產(chǎn)生流掛現(xiàn)象。

解決辦法：重要部位要打磨后重新噴漆，非重要部位且不影響外觀質(zhì)量，在流掛現(xiàn)象不嚴(yán)重的情況下可進(jìn)行局部修整。

圖7是由于結(jié)構(gòu)面不平整導(dǎo)致噴完漆后反光度不一致。

解決方法：實(shí)現(xiàn)調(diào)整鋼結(jié)構(gòu)，盡量使其平整，之后用膩?zhàn)踊蚱渌牧蠈?duì)平面進(jìn)行找平。使其達(dá)到平整度要求。

圖8和圖9產(chǎn)生色差及光澤度不一致現(xiàn)象，這是由于不是同一批次噴漆，調(diào)配的油漆不同、噴漆的環(huán)境等多種因素導(dǎo)致色差及光澤度的差別。

解決方法：雇傭經(jīng)驗(yàn)豐富的噴漆工，調(diào)配油漆要嚴(yán)格要求，噴漆環(huán)境保持良好。

圖10的現(xiàn)象是噴漆不均。

解決方法：再噴一次，使其均勻。

圖11是由于結(jié)構(gòu)受熱后漆膜脫落。

解決方法：將表面重新打磨平整，重新噴漆。

（3）放樣下料工序。這個(gè)過程是加工產(chǎn)品之前必不可少的過程。它的質(zhì)量直接影響下道工序，甚至導(dǎo)致所有準(zhǔn)備好的零件報(bào)廢。這種情況非常普遍，因此在采伐前非常重要，必須加強(qiáng)過程質(zhì)量控制。此工藝造成的質(zhì)量問題主要表現(xiàn)在切割時(shí)長(zhǎng)條、薄板等零件的變形比較嚴(yán)重；由于切割氣體或夾渣以及成分分布不均，在切割面上出現(xiàn)馬齒狀花紋；氣割或鋸切的零部件未考慮后續(xù)工序的收縮變形而導(dǎo)致的零部件尺寸超標(biāo)。因此，下料工序要對(duì)結(jié)構(gòu)材料、下料工藝及后續(xù)工序的影響綜合考慮施工。

（4）裝配工序。該工序?qū)α悴考庸べ|(zhì)量起著重要的作用，其質(zhì)量受前道工序的影響很大，因此在裝配前加強(qiáng)對(duì)工序的監(jiān)控非常重要。此過程造成的質(zhì)量問題主要表現(xiàn)在組裝件的位置錯(cuò)誤，如定位錯(cuò)誤，導(dǎo)致零部件裝反，致使之后安裝其它零部件時(shí)產(chǎn)生一系列問題；零部件的使用錯(cuò)誤，本來應(yīng)該裝配2#零部件件，裝配的卻是3#零部件；零部件在正確位置上裝配錯(cuò)誤、如接地螺母應(yīng)該焊到下方，但實(shí)際卻焊到上方；組裝件的安裝間隙超過規(guī)范和技術(shù)文件的要求。3mm的間隙現(xiàn)在是7mm；部分零件未經(jīng)校正組裝，組裝完成后無法消除現(xiàn)有變形；操作者私下切割零件，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，孔的頂部位置大于標(biāo)準(zhǔn)；安裝墊表面未精加工，外觀不符合要求等。

1.3 由于設(shè)計(jì)失誤造成的質(zhì)量問題

由于設(shè)計(jì)人員對(duì)工藝、標(biāo)準(zhǔn)等誤解甚至是不了解，圖樣設(shè)計(jì)錯(cuò)誤造成最終產(chǎn)品的質(zhì)量問題。這樣的問題既導(dǎo)致質(zhì)量問題，又耽誤工期，而且還會(huì)造成浪費(fèi)材料、增加成本等經(jīng)濟(jì)問題。由設(shè)計(jì)失誤造成質(zhì)量問題有以下幾種：

第一：設(shè)計(jì)時(shí)為保質(zhì)量刻意加厚板材厚度或更改相關(guān)尺寸，或是為了美觀而刻意減少某些零部件從而導(dǎo)致設(shè)計(jì)失衡，使與其相連的零部件不能與之很好的連接或承重。例如設(shè)計(jì)鋼軌打磨列車初期設(shè)計(jì)人員為了達(dá)到強(qiáng)度、剛度等要求，將頂部結(jié)構(gòu)型材選用為5mm厚的矩形鋼，最后和側(cè)梁裝配時(shí)發(fā)現(xiàn)，頂部重量太重，側(cè)梁支撐不了如此重的頂蓋，后經(jīng)計(jì)算改為采用3mm厚的矩形鋼。

第二：圖紙錯(cuò)誤，對(duì)于材料沒有實(shí)質(zhì)概念，又不實(shí)際考察就選用，使最終生產(chǎn)出的產(chǎn)品和設(shè)計(jì)預(yù)期的不一致。例如鋼軌打磨列車配電柜的設(shè)計(jì)，外皮和門板使用了3mm厚的鋼板，頂部封板使用5mm厚的鋼板。這使得配電柜整體很重，運(yùn)輸不方便，尤其使得柜門在安裝時(shí)很困難，不便用戶使用，實(shí)際情況1.8mm~2mm厚的鋼板已經(jīng)能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。再舉一個(gè)例子：設(shè)計(jì)鋼軌打磨列車吊拉工裝時(shí)，本應(yīng)該采用M16的螺栓連接，但由于設(shè)計(jì)人員的失誤，致使最后出現(xiàn)在圖紙上的尺寸變?yōu)镸8的螺栓。這種嚴(yán)重錯(cuò)誤將可能導(dǎo)致產(chǎn)品吊裝安全事故，后果不堪設(shè)想。

另外，把零部件復(fù)雜化，使施工人員不能很快很好看懂圖紙、很方便的施工。設(shè)計(jì)人員最終打出的圖紙應(yīng)是簡(jiǎn)單明了的，嚴(yán)格按照國(guó)家規(guī)定的制圖要求繪制，不應(yīng)有多余線條。例如虛線，國(guó)家規(guī)定能不出現(xiàn)虛線的地方盡量不要出現(xiàn)，否則太多的線條會(huì)給施工人員帶來許多的不變，使他們要花很大一部分時(shí)間去搞懂圖紙。這是既浪費(fèi)工時(shí)，又耗費(fèi)人力的事情，影響施工進(jìn)度。

所以說設(shè)計(jì)產(chǎn)品的鋼結(jié)構(gòu)并不是很簡(jiǎn)單的一件事，一個(gè)好的設(shè)計(jì)師通常需要了解各個(gè)方面的知識(shí)，并能熟練應(yīng)用，學(xué)習(xí)國(guó)內(nèi)外先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)最重要的是要學(xué)會(huì)查找資料、文獻(xiàn)等，這樣不僅會(huì)使設(shè)計(jì)的產(chǎn)品更簡(jiǎn)單，更實(shí)用，更美觀而且還會(huì)更經(jīng)濟(jì)。所以在設(shè)計(jì)產(chǎn)品鋼結(jié)構(gòu)時(shí)，設(shè)計(jì)者必須從產(chǎn)品的實(shí)際狀態(tài)出發(fā)，明智地選擇材料和設(shè)計(jì)方案，以滿足運(yùn)輸、安裝和使用過程中對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、穩(wěn)定性和剛度的要求。

2 鋼結(jié)構(gòu)件焊接中存在的問題及預(yù)防措施

2.1 局部變形

在焊接過程中產(chǎn)生局部變形的原因有：材料放置不平、材料的剛性不均勻或者剛性太小導(dǎo)致的材料收縮、加工人員的操作失誤和焊接器材工作不穩(wěn)定、焊接過程中出現(xiàn)咬肉或咬肉程度過大等。針對(duì)這些問題可以采取的預(yù)防措施包括：在設(shè)計(jì)焊縫之前，考慮部件各部分的剛度，使焊縫材料的剛度均勻。拼接材料時(shí)，還需要將焊道設(shè)置在合理的范圍內(nèi)，以盡量減少焊縫的對(duì)稱分布。對(duì)于一些較大的構(gòu)件，以及焊縫較多的鋼材，應(yīng)分層、分段焊接，焊接時(shí)注意電流、焊接方向和焊接速度一致。

2.2 構(gòu)件側(cè)彎

構(gòu)件產(chǎn)生側(cè)彎的原因有：組裝時(shí)，組裝順序沒有合理對(duì)齊，焊接順序不合理。焊接時(shí)構(gòu)件不水平放置，兩個(gè)構(gòu)件之間的間隙寬度不均勻，間隙末端發(fā)生橫向彎曲。也有外力，比如一些外部因素，會(huì)導(dǎo)致組件在運(yùn)輸和堆疊過程中向一側(cè)彎曲。構(gòu)件的側(cè)彎會(huì)顯著影響鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，造成巨大的損失，為避免構(gòu)件的側(cè)彎，應(yīng)采取以下預(yù)防措施：首先要對(duì)結(jié)構(gòu)的裝配順序和焊接順序采取合理的措施。焊接前檢查焊接平臺(tái)是否平整。如果不平整，應(yīng)及時(shí)更換或修理焊接平臺(tái)。對(duì)待焊部件進(jìn)行預(yù)處理，使焊縫間隙分布均勻，然后按照合理的焊接順序進(jìn)行加工，盡量避免焊縫不均勻和不對(duì)稱，在運(yùn)輸和儲(chǔ)存過程中保持部件受力平衡。

3 結(jié)語

由于鐵路運(yùn)輸?shù)目焖僭鲩L(zhǎng)，安全是一個(gè)主要問題。鋼結(jié)構(gòu)通常用作機(jī)車車輛的重要部件和受力結(jié)構(gòu)，其質(zhì)量直接影響機(jī)車的安全和設(shè)計(jì)。性能和耐用性，輕則影響正常使用，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失和重大犧牲。產(chǎn)品鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量也就受到越來越多相關(guān)部門的關(guān)注，所以提高產(chǎn)品鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量迫在眉睫。要提高產(chǎn)品鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量就要有高性能高品質(zhì)的材質(zhì)，規(guī)范細(xì)心的施工，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑O(shè)計(jì)，我們要綜合考慮各方面因素，整體提高，只有這樣才能將產(chǎn)品鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量提升到一個(gè)新的高度。