中國標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車組扭桿座組焊及焊縫修復(fù)工藝研究

李程錦

摘要：扭桿座是中國標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車組車轉(zhuǎn)向架的重要部件，其連接著抗側(cè)滾扭桿揺枕，是保證列車運(yùn)行平穩(wěn)性和旅客乘座舒適性的重要部件。在列車運(yùn)行中，扭桿座受到復(fù)雜的交變載荷作用，其焊接工藝是構(gòu)架制造過程中的一項(xiàng)技術(shù)難點(diǎn)。本文通過對(duì)比分析扭桿座焊縫的兩種接頭形式，探討焊接參數(shù)和焊接缺陷修復(fù)工藝，對(duì)提升焊接質(zhì)量和生產(chǎn)效率有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：中國標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車組;扭桿座;CR400BF;轉(zhuǎn)向架構(gòu)架

引言

中國標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車組是中國完全擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新一代高速動(dòng)車組，其構(gòu)架各零部件的焊接質(zhì)量關(guān)系到列車的行車安全。扭桿座是中國標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車組CR400BF型轉(zhuǎn)向架的重要部件之一，其連接著抗側(cè)滾扭桿搖枕，是保證列車運(yùn)行平穩(wěn)性和旅客乘座舒適性的重要部件。因此，扭桿座與側(cè)梁間的焊縫焊接質(zhì)量尤為重要。

宮平[1]等探討了高速動(dòng)車組轉(zhuǎn)向架典型焊接接頭型式及其工藝評(píng)定方法，確保其有效性和適宜性。劉亞良[2]等利用有限元軟件，得出補(bǔ)焊使焊縫中心及熱影響區(qū)的殘余應(yīng)力增加明顯，對(duì)遠(yuǎn)離熱影響區(qū)的母材影響效果不明顯。本文針對(duì)CR400BF型轉(zhuǎn)向架扭桿座的接頭型式、焊接工藝及焊接缺陷修復(fù)工藝進(jìn)行探討，確保焊縫成型質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求。

扭桿座結(jié)構(gòu)

列車運(yùn)行過程中，扭桿座主要受到復(fù)雜的交變載荷作用，為了保證其結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能選用鍛件。扭桿座與側(cè)梁間焊縫呈現(xiàn)為一條空間曲線[3]，施焊空間較小，焊接難度較大，其焊縫質(zhì)量等級(jí)為EN15085 CPB級(jí)，焊接后采用射線（RT）探傷。

扭桿座組焊及缺陷修復(fù)工藝

材料屬性

扭桿座材質(zhì)選用Q345E低合金高強(qiáng)鋼，碳當(dāng)量≤0.45%，按照EN10228進(jìn)行100%裂紋檢查，質(zhì)量等級(jí)為4。對(duì)扭桿采用正火熱處理工藝，微觀組織主要為細(xì)小的珠光體，具有良好的焊接性及力學(xué)性能。

扭桿座焊縫坡口的設(shè)計(jì)與優(yōu)化

在CR400BF型構(gòu)架試制階段，扭桿座的焊縫坡口形式采用帶2mm鈍邊的雙邊V型30°坡口，板厚為18mm。在研制過程中發(fā)現(xiàn)，坡口角度較小，焊槍擺幅不足，焊縫與坡口側(cè)壁易熔深不足，焊縫根部易產(chǎn)生未熔合、氣孔等缺陷，射線探傷一次合格率較低。

為改善焊縫成型質(zhì)量，對(duì)此坡口進(jìn)行優(yōu)化。扭桿座與側(cè)梁間的焊縫，采用2mm鈍邊、半徑為16mm的雙邊U型坡口，板厚為18mm。U型坡口的設(shè)計(jì)有利于焊槍的擺動(dòng)，有利于焊縫的全熔透以及焊縫與坡口側(cè)壁的熔合性。2mm的鈍邊有效避免焊縫燒穿。經(jīng)實(shí)踐證明，U型坡口較之V型坡口，焊縫射線探傷一次合格率提升較大。

扭桿座焊接工藝

扭桿座焊縫熔深要求9mm，焊腳飽滿，表面成型圓滑，封頭需要打磨圓滑過渡，焊縫的起、收弧點(diǎn)及端部焊縫需要打磨。組焊前需將焊縫兩側(cè)不小于20mm范圍內(nèi)的油污、灰塵、水等雜質(zhì)去除。

扭桿座組對(duì)時(shí)，焊縫錯(cuò)邊量小于2mm，組對(duì)間隙總體控制在1mm以內(nèi)，對(duì)于曲線段焊縫允許焊縫局部間隙在2mm以內(nèi)。定位焊時(shí)，為防止燒穿，在焊縫端部可采用小規(guī)范焊接，電流90–110A，電壓16–18V。

焊接時(shí)，利用工裝和變位機(jī)，調(diào)整焊縫為PA/PB位置進(jìn)行焊接。采用保護(hù)氣體為Ar：CO2=82：18的MAG焊。

側(cè)梁正裝放置，采用多層多道焊，層間溫度控制小于250℃，完成扭桿座填充及蓋面焊后，在扭桿座背面進(jìn)行清根，保證焊接質(zhì)量。打底焊，采用電流210–230A，電壓25–27V;填充焊，采用電流240–260A，電壓28–30V;蓋面焊，采用電流250–270A，電壓29–31V。

扭桿座焊接缺陷修復(fù)

扭桿的焊接缺陷主要分為表面缺陷和內(nèi)部缺陷。通常情況下，同一部位焊縫返修次數(shù)不超過兩次。

表面缺陷修復(fù)工藝 扭桿座焊接常見的表面缺陷包括表面氣孔、表面焊縫裂紋、弧坑裂紋、咬邊和焊瘤等，表面缺陷的檢驗(yàn)以目視檢測(cè)和磁粉探傷為主。

選擇合適的磨削工具，包括角向砂輪、旋轉(zhuǎn)銼等，將缺陷磨削去除，經(jīng)探傷確認(rèn)缺陷是否去除干凈。缺陷清除后，若打磨深度不超過0.5mm，則采用打磨工具將打磨區(qū)域與周圍焊縫圓滑過渡即可;若打磨深度超過0.5mm，則需對(duì)打磨區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)焊、打磨，與周圍焊縫圓滑過渡。

內(nèi)部缺陷修復(fù)工藝 內(nèi)部缺陷主要有未焊透、未熔合、內(nèi)部氣孔、夾渣等。側(cè)梁反裝放置，從扭桿座焊縫背面進(jìn)行打磨清理，配合磁粉探傷，確認(rèn)缺陷是否完全清除。

修磨后的溝槽底部應(yīng)為”U”形截面，底部半徑不小于5mm，以便于焊接和熔合。當(dāng)缺陷為擴(kuò)展性質(zhì)裂紋時(shí)，應(yīng)在裂紋兩端盡頭鉆止裂孔（約φ5）后，再進(jìn)行去除裂紋修磨。當(dāng)修磨后焊道僅一端有止裂孔而另一端為開放性時(shí)，焊接時(shí)應(yīng)從止裂孔端起弧，向外焊接。焊修后用砂輪、拋光輪等對(duì)焊縫及過渡區(qū)域進(jìn)行修磨，使之焊縫與母材圓滑過渡，要求修磨痕跡方向與構(gòu)件該處受力方向基本平行。

結(jié)論

通過對(duì)比分析CR400BF型轉(zhuǎn)向架扭桿座的坡口型式，焊接工藝以及缺陷修復(fù)的探討，有效提升了扭桿座的焊接質(zhì)量：

通過優(yōu)化焊縫坡口形式，采用合理的焊接工藝參數(shù)，利用工裝和變位機(jī)，將焊縫的空間曲線分布形式，調(diào)整為PA/PB位置進(jìn)行焊接，有效提高了焊縫的射線探傷一次合格率。

對(duì)于表面缺陷，采用適當(dāng)?shù)拇蚰スぞ哌M(jìn)行打磨，利用磁粉探傷確認(rèn)缺陷是否完全清理。若打磨深度不超0.5mm，則焊縫與母材圓滑過渡即可，若超過0.5mm，則補(bǔ)焊并將焊縫與母材圓滑過渡。

對(duì)于內(nèi)部缺陷，為了保障焊接可達(dá)性，側(cè)梁反裝放置，從焊縫背面打磨，保證U型的幾何截面，注意層間清理和層間溫度，確保焊修質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

宮平，常力.動(dòng)車組轉(zhuǎn)向架構(gòu)架焊接工藝評(píng)定分析與討論 [J].電焊機(jī)，2017，47（1）：86–91.

劉亞良，楊鑫華.補(bǔ)焊位置對(duì)S355J2W對(duì)接接頭殘余應(yīng)力分布影響 [J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2016，11）：1290–1294.

李小軍，劉冠男. CR400BF轉(zhuǎn)向架構(gòu)架關(guān)鍵制造工藝;proceedings of the 2018高速鐵路先進(jìn)焊接技術(shù)國際研討會(huì)，F(xiàn)，2018 [C].