關于鐵路產品鋼結構質量問題的分析

孫宇辰

（北京揚天泰格鐵路裝備技術開發有限公司，北京 100000）

隨著我國鐵路出行的多次提速，對軌道車輛的設計和生產的要求也越來越高。鋼結構產品是機車車輛非常重要且無可替代的組成部分，所以提高產品鋼結構質量就成為提高機車車輛整體外觀和安全性能的一個極其重要的環節。雖然國家和相關部門出臺了許多標準和規范約束生產制造，然而，一些鋼結構產品往往存在這樣或那樣的問題，如產品鋼結構出現裂紋、部件表面油漆剝落、不必要的組裝等類似的質量問題。消除鋼結構常見的質量問題是一項大型的系統工程，需要在制造過程的各個階段、生產的各個環節以及設計的各個環節給予足夠的重視。 同時，要推廣應用鋼結構生產中的新技術、新工藝，全面消除鋼結構質量問題，確保機車車輛產品質量安全[1]。

1 鋼結構質量問題的分析

鋼結構產品質量難以保證的原因有很多，也很復雜。有做工不到位造成的問題，有技術操作中斷造成的問題，有技術水平造成的問題，有錯誤造成的質量問題，以及設計師和決策者的責任感造成的問題。

1.1 鋼材本身存在的問題

隨著科技的進步，市場上出現了各式各樣的新型高性能鋼材。機車車輛所用產品的鋼結構也就越來越多地開始采用這些高性能鋼材。這對于提高機車車輛整體的生產水平起到了很大的推動作用，但鋼材本身的質量也就成為造成產品鋼結構質量問題的一個起因。

例如在施焊過程中發現事故車架梁出現了撕裂現象，經過無損檢測，發現裂紋深度約為3mm。軋制質量差是造成質量問題的主要原因。在焊接過程中，焊接產生的焊接電壓會撕裂材料。出現了撕裂現象。如圖所示：

原因分析：由于所用零件的性質，該零件用作組件中的結構構件。 由于材料分層，焊接產生的焊接應力向外釋放，板材在厚度方向斷裂。

可以根據實際情況采取以下的幾種措施進行處理：

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

（2）如果夾層數量少，可以征求技術部門和業主的意見，將信息反饋給鋼廠，并采取施工措施消除遇到的問題。根據無損檢測的結果，對所有有問題的部位進行刨削，然后在深度本身填充相同強度的焊材，完成后進行表面處理，在規定的時間后進行無損檢測，同樣選擇組件進行物理和化學測試，只要符合設計規范，就可以繼續使用[2]；

（3）在主管的監督下，零件被切割并更換為合格的鋼材，替換件用于非結構件和次要件或作為輔助材料。完成后，將進行無損檢測，指定時間后執行，做好詳細記錄[3]。

1.2 在施工過程中出現的問題

加工過程中更容易出現質量問題，后處理困難主要是由于特定工序和關鍵工序，質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。該工序屬于隱蔽性工序，這道工序是組建產品鋼結構的非常重要的一道工序，也是最易發生質量問題的工序之一。在這道工序易出現以下問題：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品質量的主要問題，因此此類問題應由專業檢測公司使用專業工具和經驗豐富的焊接檢驗人員進行檢查，才可評判出來。例如：

圖2的起焊位置不正確，這種焊接應從兩根梁的對接處起焊，即從對角上起焊，就如圖2所示。如圖1焊接出來的產品強度、抗震性等都不如圖2所示的焊接方式好，容易開裂。因此在鋼結構強度要求很高時，圖1的焊接方式絕對達不到的要求，必須采用圖2所示的焊接方式。圖3所示為焊接時產生了氣孔，需要進行相應的補焊，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，多數作業人員知道焊前要打磨，但卻不知道打磨到什么程度，有時為圖省事干脆不進行打磨。那么最終導致的就是焊接不牢固，強度達不到要求，外觀也不美觀。那焊前打磨有什么好處呢？焊前進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際問題非常多，這也是導致產品鋼結構質量問題的重點所在，所以在質量檢驗中這是一個重要的檢驗部分，也是設計者驗證設計產品可靠性重點關注的環節。

圖1 鋼材本身表面所出現的撕裂現象

圖2 整體焊接工序

圖3 整體涂漆工藝

（2）涂裝工序。這個過程也是潛伏的，對結構的影響小于對使用功能的影響，但嚴重影響外觀質量。這個過程也更容易出現質量問題。工藝質量問題主要表現在：構件表面漆膜大面積局部剝落、構件表面漆膜剝落、流掛現象、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）漆膜上出現顆粒狀現象，這是因為噴漆前沒有將表面處理干凈，這是一些小顆粒物體附著在鋼結構的表面，最終導致圖示現象。

解決方法：用砂紙將表面打磨平整重新噴漆。

圖6是噴漆時局部漆太多，導致產生流掛現象。

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量，在流掛現象不嚴重的情況下可進行局部修整。

圖7是由于結構面不平整導致噴完漆后反光度不一致。

解決方法：實現調整鋼結構，盡量使其平整，之后用膩子或其他材料對平面進行找平。使其達到平整度要求。

圖8和圖9產生色差及光澤度不一致現象，這是由于不是同一批次噴漆，調配的油漆不同、噴漆的環境等多種因素導致色差及光澤度的差別。

解決方法：雇傭經驗豐富的噴漆工，調配油漆要嚴格要求，噴漆環境保持良好。

圖10的現象是噴漆不均。

解決方法：再噴一次，使其均勻。

圖11是由于結構受熱后漆膜脫落。

解決方法：將表面重新打磨平整，重新噴漆。

（3）放樣下料工序。這個過程是加工產品之前必不可少的過程。它的質量直接影響下道工序，甚至導致所有準備好的零件報廢。這種情況非常普遍，因此在采伐前非常重要，必須加強過程質量控制。此工藝造成的質量問題主要表現在切割時長條、薄板等零件的變形比較嚴重；由于切割氣體或夾渣以及成分分布不均，在切割面上出現馬齒狀花紋；氣割或鋸切的零部件未考慮后續工序的收縮變形而導致的零部件尺寸超標。因此，下料工序要對結構材料、下料工藝及后續工序的影響綜合考慮施工。

（4）裝配工序。該工序對零部件加工質量起著重要的作用，其質量受前道工序的影響很大，因此在裝配前加強對工序的監控非常重要。此過程造成的質量問題主要表現在組裝件的位置錯誤，如定位錯誤，導致零部件裝反，致使之后安裝其它零部件時產生一系列問題；零部件的使用錯誤，本來應該裝配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誤、如接地螺母應該焊到下方，但實際卻焊到上方；組裝件的安裝間隙超過規范和技術文件的要求。3mm的間隙現在是7mm；部分零件未經校正組裝，組裝完成后無法消除現有變形；操作者私下切割零件，經濟實惠，孔的頂部位置大于標準；安裝墊表面未精加工，外觀不符合要求等。

1.3 由于設計失誤造成的質量問題

由于設計人員對工藝、標準等誤解甚至是不了解，圖樣設計錯誤造成最終產品的質量問題。這樣的問題既導致質量問題，又耽誤工期，而且還會造成浪費材料、增加成本等經濟問題。由設計失誤造成質量問題有以下幾種：

第一：設計時為保質量刻意加厚板材厚度或更改相關尺寸，或是為了美觀而刻意減少某些零部件從而導致設計失衡，使與其相連的零部件不能與之很好的連接或承重。例如設計鋼軌打磨列車初期設計人員為了達到強度、剛度等要求，將頂部結構型材選用為5mm厚的矩形鋼，最后和側梁裝配時發現，頂部重量太重，側梁支撐不了如此重的頂蓋，后經計算改為采用3mm厚的矩形鋼。

第二：圖紙錯誤，對于材料沒有實質概念，又不實際考察就選用，使最終生產出的產品和設計預期的不一致。例如鋼軌打磨列車配電柜的設計，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，運輸不方便，尤其使得柜門在安裝時很困難，不便用戶使用，實際情況1.8mm~2mm厚的鋼板已經能達到設計要求。再舉一個例子：設計鋼軌打磨列車吊拉工裝時，本應該采用M16的螺栓連接，但由于設計人員的失誤，致使最后出現在圖紙上的尺寸變為M8的螺栓。這種嚴重錯誤將可能導致產品吊裝安全事故，后果不堪設想。

另外，把零部件復雜化，使施工人員不能很快很好看懂圖紙、很方便的施工。設計人員最終打出的圖紙應是簡單明了的，嚴格按照國家規定的制圖要求繪制，不應有多余線條。例如虛線，國家規定能不出現虛線的地方盡量不要出現，否則太多的線條會給施工人員帶來許多的不變，使他們要花很大一部分時間去搞懂圖紙。這是既浪費工時，又耗費人力的事情，影響施工進度。

所以說設計產品的鋼結構并不是很簡單的一件事，一個好的設計師通常需要了解各個方面的知識，并能熟練應用，學習國內外先進設計技術最重要的是要學會查找資料、文獻等，這樣不僅會使設計的產品更簡單，更實用，更美觀而且還會更經濟。所以在設計產品鋼結構時，設計者必須從產品的實際狀態出發，明智地選擇材料和設計方案，以滿足運輸、安裝和使用過程中對結構強度、穩定性和剛度的要求。

2 鋼結構件焊接中存在的問題及預防措施

2.1 局部變形

在焊接過程中產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致的材料收縮、加工人員的操作失誤和焊接器材工作不穩定、焊接過程中出現咬肉或咬肉程度過大等。針對這些問題可以采取的預防措施包括：在設計焊縫之前，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，還需要將焊道設置在合理的范圍內，以盡量減少焊縫的對稱分布。對于一些較大的構件，以及焊縫較多的鋼材，應分層、分段焊接，焊接時注意電流、焊接方向和焊接速度一致。

2.2 構件側彎

構件產生側彎的原因有：組裝時，組裝順序沒有合理對齊，焊接順序不合理。焊接時構件不水平放置，兩個構件之間的間隙寬度不均勻，間隙末端發生橫向彎曲。也有外力，比如一些外部因素，會導致組件在運輸和堆疊過程中向一側彎曲。構件的側彎會顯著影響鋼結構的穩定性，造成巨大的損失，為避免構件的側彎，應采取以下預防措施：首先要對結構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是否平整。如果不平整，應及時更換或修理焊接平臺。對待焊部件進行預處理，使焊縫間隙分布均勻，然后按照合理的焊接順序進行加工，盡量避免焊縫不均勻和不對稱，在運輸和儲存過程中保持部件受力平衡。

3 結語

由于鐵路運輸的快速增長，安全是一個主要問題。鋼結構通常用作機車車輛的重要部件和受力結構，其質量直接影響機車的安全和設計。性能和耐用性，輕則影響正常使用，造成巨大經濟損失和重大犧牲。產品鋼結構質量也就受到越來越多相關部門的關注，所以提高產品鋼結構質量迫在眉睫。要提高產品鋼結構的質量就要有高性能高品質的材質，規范細心的施工，嚴謹的設計，我們要綜合考慮各方面因素，整體提高，只有這樣才能將產品鋼結構質量提升到一個新的高度。