地鐵車輛轉向架構架裂紋及其檢查修復

朱榮久

摘 要：轉向架是地鐵車輛的最重要組成部件，它既承載著車輛自身的重量和載客重量，也擔負著車輛沿著軌道走行的支承走行裝置。其結構強度直接影響地鐵車輛的運行安全。結構合理也直接影響車輛的運行品質、動力性能和行車安全。近年來，轉向架構架受多種因素影響，構架局部位置出現(xiàn)裂紋，其結構安全逐步受到威脅，已引起各方的關注。

關鍵詞：轉向架構架 裂紋及焊接缺陷類型 裂紋焊修

1、轉向架構架組成

目前地鐵車輛應用的轉向架大都采用無搖枕形式，具有結構簡單、零部件少、重量輕、噪音低、維護工作量少等優(yōu)點。轉向架有動車轉向架和拖車轉向架。以動車構架為例，動車轉向架主要由構架組成、輪對軸箱裝置、二系懸掛裝置、基礎制動裝置、驅動裝置、中央牽引裝置。動車構架主要由側梁組成、橫梁、電機吊座、齒輪箱吊座、托板組成、牽引拉桿座等組成。構架主要連接形式為焊接。

2、構架裂紋及焊接缺陷類型

2.1 構架裂紋

以動車構架為例，構架裂紋主要有橫梁與小縱梁連接部裂紋、齒輪箱吊座根部裂紋、電機吊座與橫梁連接部中部筋板尾部裂紋、電機吊座與橫梁連接中部裂紋、牽引拉桿座裂紋、電機與橫梁連接部根部裂紋，小縱梁與橫梁焊接處裂紋。

2.2 構架焊接缺陷

構架焊接缺陷的位置有：附加氣室漏風、壓差閥處漏風、牽引拉桿與橫梁連接處、牽引拉桿座缺陷、電機吊座、齒輪箱吊座等。

3、 構架裂紋及焊接缺陷原因分析

導致構架裂紋原因有諸多因素，有運行線路惡劣導致、構架結構設計、材料質量、焊接缺陷等因素。

①科學試驗驗證，在列車運行速度提高和載重量增加的狀態(tài)下，通過部分軌縫時，構架橫梁上下振動，激起構架共振趨勢出現(xiàn)，導致橫梁與小縱梁焊接處應力過大。齒輪嚙合產生的作用反力，造成齒輪箱吊桿應力較大。在通過部分軌縫時，也激起橫梁和電機吊座附近有共振趨勢，導致電機吊座附近應力過大。

②構架結構設計，應具有一定的扭轉剛度，利于適應輪軌面的垂直不平順性。具有一定的橫向彎曲剛度，尤其側梁和端梁具有較大的剛度。具有一定的橫向、垂向彎曲剛度，構架整體剛度較大，并具有較好的承載性。

③材料質量問題。材料在原始狀態(tài)下含有夾雜、空洞等缺陷。這些缺陷是一種隱含的缺陷，在循環(huán)應力作用下，當滿足一定條件時會發(fā)生擴展，擴展到一定長度時，就從缺陷引發(fā)初始裂紋，然后再擴展成局部裂紋，材料就會裂紋。

④焊接質量問題。焊接缺陷也是一種隱含的缺陷，在長期超載荷運行及惡劣環(huán)境下，從缺陷引發(fā)，當局部的最大應力或應變超過材料的疲勞極限時，損傷度開始累加。當損傷程度累加到某一極限值時，材料就發(fā)生破壞，從初始裂紋，然后再擴展成局部裂紋。焊接缺陷主要表現(xiàn)為：表面氣孔、表面焊縫裂紋、咬邊和焊瘤。焊接的內部缺陷有：未焊透、未熔合、夾渣等。

4、構架裂紋普查

構架裂紋檢查一般采用目測方式或磁粉探傷方式進行，檢查工作可在月修、年修、段修及廠修等修程期中進行。檢查項點有電機吊座、齒輪箱吊座、牽引拉桿吊座、小縱梁焊接處等。檢查構架是否有裂紋、漏風、油脂滲出等現(xiàn)象。

5、構架缺陷、裂紋修復準備

5.1 準備工作

①焊修環(huán)境要求

構架焊修工作場地要求：溫度不得低于5℃，風速<2.8m/s，不許過堂風。

②工具設備準備和作業(yè)要求

常用設備和工具：電焊機，無損探傷設備，探傷材料，電動或風動角磨機、直棒砂輪、拋光砂輪、旋轉銼、鋼絲刷、扁鏟，焊縫檢測尺、手電筒、10倍放大鏡，氧-乙炔火焰烤槍及試溫筆，合適的焊接填充材料。

操作者作業(yè)時，勞保用品要準備充分，穿戴整齊。要做到一人指揮，協(xié)調作業(yè)。

③構架探傷和構架焊修人員資質

焊接作業(yè)人員具有相應的歐洲標準EN287-1 焊工資質證書（焊接位置：PF）；探傷人員必須具有中國鐵道部頒發(fā)的磁粉Ⅱ級及以上級別或國際同等級及以上的技術資格證書。

④構架焊修流程

目測及探傷檢查構架焊縫缺陷-缺陷評價-缺陷清除-清除后檢驗-補修焊接-補修焊接及過渡區(qū)域修磨-復查檢驗及評價-工作記錄及拍攝照片。

⑤轉向架缺陷焊修狀態(tài)要求

在對轉向架實施焊修過程中，不允許在轉向架上施加載荷。對構架進行焊修時，應將轉向架進行分解，在構架沒有任何載荷作用下，開始焊修工作。

氣孔直徑1mm以下的符合標準ISO 5817-B要求，可以不做焊修處理。氣孔直徑為2mm的，需要進行打磨后焊補處理。

5.2 構架缺陷、裂紋焊修

5.2.1 構架焊接缺陷焊修方法

①焊接缺陷消除。選擇合適角向砂輪機、旋轉銼等磨削工具清理缺陷，將缺陷去除。并用磁粉探傷進行檢查。

②焊修前清理。用角向砂輪（或旋轉銼）、鋼絲刷等工具將坡口內及焊縫周圍清理干凈，使焊縫區(qū)域露出金屬光澤，準備焊接。

③地線連接。對地線連接固定位置進行清理，使焊接接地線安全可靠。

④焊后修磨。應嚴格按照施工工藝文件要求執(zhí)行，焊縫飽滿，清除焊縫的熔渣和飛濺，保證焊縫表面光滑、光潔。

⑤焊縫外觀檢查及磁粉探傷。焊縫區(qū)域冷卻至少24小時后，對焊縫及修磨區(qū)域進行外觀檢查和磁粉探傷，確認無裂紋、無超標缺陷。否則應重新焊修。缺陷檢查標準應按照ISO 5817-B級執(zhí)行。

⑥焊接完成后應清除熔渣和飛濺，清理工作場地，整理工具。

5.2.2 構架裂紋焊修

構架裂紋分為非貫穿性裂紋和貫穿性裂紋。非貫穿性裂紋是在缺陷修磨清除過程中，未貫穿橫梁（母材）。否則為貫穿性裂紋。這兩種裂紋形式的焊修方式有所不同。貫穿性裂紋焊接時，首先進行打底焊接，焊接時分別沿口底部的兩側邊緣逐道、交替縱向焊接，使缺口逐步縮小，至缺口寬度縮小至2～3mm寬，然后進行封口焊接。每焊一道后，認真進行層間清理。封口焊接后，后續(xù)的修補可按照一般性構架裂紋焊修進行。修磨區(qū)域的焊縫應與母材圓滑過渡，不應有棱、角等急劇變化。焊縫裂紋去除應以不傷及母材為原則。

構架裂紋焊修方法：

①裂紋消除及坡口制備。選擇合適角向砂輪機、旋轉銼等磨削工具清理裂紋，裂紋磨削去除修磨后的溝槽底部應為“U”型截面，其底部半徑不小于5mm，以便于焊接和熔合。在整個修磨、復檢和評價中，必須進行探傷確認。

②焊修前清理、地線連接、焊后修磨均可按照構架焊接缺陷焊修方法執(zhí)行。

③焊接時應視制坡口的深度決定焊接層數(shù)和道數(shù)，多層焊接時，層間溫度應低于250℃。

④層間清理。每焊接完一層后，要進行認真的層間打磨處理，然后再進行下道焊接。

⑤焊縫端頭處理。如果焊縫端頭沒有燕尾成型或圓滑過渡，端頭成型不良，易造成應力集中。

⑥焊縫外觀檢查及磁粉探傷。按照構架焊接缺陷焊修方法執(zhí)行。

⑦焊接完成后應清除熔渣和飛濺，清理工作場地，工作記錄和工具整理。

5.3 構架同處裂紋二次焊修要求

裂紋構架焊修應嚴格按照工藝文件要求執(zhí)行，對轉向架的同一處焊縫，允許進行焊修，但焊修次數(shù)不宜超過兩次（原始第一次的施焊不計算在內）。

5.4 檢查報告和記錄

檢查報告應包含構架三維檢查、探傷檢查報告、工作記錄。工作記錄應包含車組號、構架號、缺陷位置、缺陷描述、焊接描述、焊修日期及相關人員簽字。

結束語：

轉向架屬于地鐵列車走行關鍵部件，構架裂紋問題嚴重威脅著地鐵列車安全運營，輕則造成列車脫軌，重則傾覆。對構架進行定期普查，構架裂紋焊修要嚴格按照“轉向架構架缺陷焊修工藝文件”執(zhí)行，同時還要加強構架焊縫焊修后的運用狀態(tài)跟蹤。endprint