高速動(dòng)車組轉(zhuǎn)臂定位座焊接質(zhì)量控制

王洪科

摘要：動(dòng)車組轉(zhuǎn)向架是動(dòng)車的重要組成構(gòu)建，其轉(zhuǎn)向架技術(shù)是高速動(dòng)車依靠輪軌接觸驅(qū)動(dòng)運(yùn)行的核心技術(shù)。轉(zhuǎn)向架的結(jié)構(gòu)與質(zhì)量直接影響著高速動(dòng)車組的動(dòng)力性能、行車安全與行車品質(zhì)，而其結(jié)構(gòu)的質(zhì)量與定位座焊接質(zhì)量有著直接的關(guān)聯(lián)。本文就來(lái)探討高速動(dòng)車組轉(zhuǎn)臂定位座及其焊接工藝。通過(guò)焊接工藝的選擇來(lái)強(qiáng)化定位座焊接質(zhì)量。旨在為高速動(dòng)車組轉(zhuǎn)向架轉(zhuǎn)臂定位座的質(zhì)量控制提供一些參考。

關(guān)鍵詞：高速動(dòng)車組;轉(zhuǎn)臂定位座;焊接技術(shù)

1 ?轉(zhuǎn)臂定位座結(jié)構(gòu)分析

轉(zhuǎn)臂定位座結(jié)構(gòu)的定位轉(zhuǎn)臂一段與圓筒形軸箱體固接，另一端通過(guò)橡膠彈性節(jié)點(diǎn)與構(gòu)架上的安裝座連接。橡膠彈性節(jié)點(diǎn)允許軸箱相對(duì)構(gòu)架有較大的上下方向唯一，橡膠件使軸線縱向和橫向位移的定位剛度存在差異性，主要是為了適應(yīng)縱向和橫向不同方向上的彈性定位剛度需求。由于橡膠彈性節(jié)點(diǎn)的作用，轉(zhuǎn)臂定位座結(jié)構(gòu)也成為彈性鉸定位結(jié)構(gòu)。定位座的材質(zhì)為Q345E，符合標(biāo)準(zhǔn)QB/T-1591-2018，常用低合金結(jié)構(gòu)，具有較好的焊接性能。連接部位的板厚20毫米，雙面開(kāi)HY型坡口，坡口角度45°，焊縫接頭形式為雙面9HY+a3。它位于測(cè)量下方，與側(cè)梁下蓋板連接的位置。側(cè)梁下蓋板的材質(zhì)為18-S355J2W+N，符合標(biāo)準(zhǔn)EN10025-5。轉(zhuǎn)臂定位座結(jié)構(gòu)、下蓋板的力學(xué)性能及化學(xué)成分如表1、表2所示，焊接縫如圖1所示。

2 ?轉(zhuǎn)臂定位座焊接變形的原因分析

轉(zhuǎn)臂定位座焊接變形是最大的焊接質(zhì)量問(wèn)題，而形變控制則是質(zhì)量控制的重點(diǎn)。分析轉(zhuǎn)向架轉(zhuǎn)向臂定位座的焊接形變?cè)蛴兄谖覀兏玫募訌?qiáng)形變控制，提高定位座的焊接質(zhì)量。

轉(zhuǎn)向架的轉(zhuǎn)向臂定位座是固定軸線的主要構(gòu)件，結(jié)構(gòu)包括橫向側(cè)檔座、橫向減震器做、下定位拉桿座、齒輪箱吊座、空氣彈簧座、制動(dòng)橫梁座、牽引拉桿座等，各結(jié)構(gòu)部件之間空隙較小，而焊接過(guò)程中母材會(huì)發(fā)生熱應(yīng)變，熱應(yīng)變?cè)诔掷m(xù)累積的情況下產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，內(nèi)應(yīng)力驅(qū)使構(gòu)件發(fā)生壓力彎曲、回轉(zhuǎn)等問(wèn)題，因此導(dǎo)致構(gòu)架發(fā)生焊接形變。

焊接形變的程度受焊接材料、焊接熱物理參數(shù)、力學(xué)性能、結(jié)構(gòu)復(fù)雜性、焊接工藝等多因素影響。焊接材料的硬度較小、板材厚度薄、輸入熱量加大、焊接發(fā)生位移等情況會(huì)加劇焊接形變的發(fā)生。

3 ?焊接工藝分析

3.1 填充材料

通過(guò)比對(duì)表1、表2中的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，轉(zhuǎn)臂定位座、下蓋板屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度相同，分別是345MPa和470～630MPa。根據(jù)ISO14341-A標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，G424MG0實(shí)心焊可與其焊接部位匹配。選擇直徑1毫米的焊絲，屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度分別為420MPa和500～640MPa。采用熔化極氣體保護(hù)焊接，選取標(biāo)準(zhǔn)ISO14175中的M21組分，即？準(zhǔn)（Ar）82%+？準(zhǔn)（CO2）18%。

3.2 焊接工藝參數(shù)調(diào)整

選擇GMAW焊接法對(duì)轉(zhuǎn)臂定位座進(jìn)行焊接。焊接結(jié)構(gòu)工藝參數(shù)確定為9HY+a3，采用直流電極正接三層三道焊。轉(zhuǎn)臂定位座結(jié)構(gòu)內(nèi)部空間狹小，為了防止焊接不均勻問(wèn)題的發(fā)生，應(yīng)對(duì)焊接參數(shù)通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行多次調(diào)整，確定最佳的焊接參數(shù)、輸入熱量、焊接速度、焊接電流、焊接電壓等。焊接后要檢查是否存在咬邊、未焊透、未熔合等焊接問(wèn)題。以上焊接缺陷多由于焊接輸入熱量較小造成。如果存在以上缺陷，因逐漸的加大焊接輸入熱量，并對(duì)焊接部位做質(zhì)量檢查，確定最優(yōu)的焊接輸入熱量參數(shù)。一般焊接參數(shù)參考表3。此外，部分情況還會(huì)導(dǎo)致焊接裂紋的產(chǎn)生，多是由于內(nèi)應(yīng)力加大所致。內(nèi)應(yīng)力的增大與焊接溫度緊密相關(guān)。在焊接前對(duì)焊接層進(jìn)行預(yù)熱，防止焊接部位內(nèi)部發(fā)生較大的局部溫度梯度，可由小的減緩焊接裂紋缺陷的產(chǎn)生。轉(zhuǎn)臂定位座的碳當(dāng)量計(jì)算公式為：Ceq（IIW）=C+。根據(jù)公式，轉(zhuǎn)臂定位座的碳當(dāng)量結(jié)果為0.475%。預(yù)熱層溫度計(jì)算公式為T=350·（Ceq-0.25）0.5，最終確定預(yù)熱層溫度為166℃。因此，預(yù)熱層溫度控制在166℃左右即可。實(shí)驗(yàn)室確定的最有預(yù)熱層參數(shù)范圍為155～170℃。

3.3 焊接變形控制

焊接變形是焊接過(guò)程中不可避免的問(wèn)題。焊接變形的程度可通過(guò)調(diào)整參數(shù)來(lái)控制（如圖2）。焊接變形也屬于焊接缺陷，發(fā)生焊接變形后需要對(duì)變形部位及時(shí)修正。二次修正的過(guò)程事實(shí)上也屬于對(duì)焊接部位構(gòu)建的一種破壞。為了減少這種修正對(duì)焊接部位造成的破壞，要合理的選擇焊接工具、焊接方式，確定焊接的最佳順序，嚴(yán)格執(zhí)行化解順序。

轉(zhuǎn)臂定位座內(nèi)部結(jié)構(gòu)相對(duì)緊密，焊接難度大，焊接工具無(wú)法做全方位的焊接質(zhì)量控制，一般初選焊縫是難以避免的。只能通過(guò)調(diào)整焊槍的角度來(lái)提高焊接接觸部位的精確度。鍛件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且焊接抗形變的作用明顯。焊接順序應(yīng)由難到易，依次為內(nèi)部的打底、焊接填充、蓋面層內(nèi)部焊接、外側(cè)焊接。詳細(xì)的焊接順序參考為：①焊接轉(zhuǎn)臂定位座內(nèi)側(cè)打底焊縫;②焊接轉(zhuǎn)臂定外左外側(cè)打底和填充層;③焊接轉(zhuǎn)臂定位座內(nèi)存的填充和蓋面層;④焊接外側(cè)蓋面層。依照以上焊接順序，能最大程度的減少焊接過(guò)程中發(fā)生的焊接部位變形問(wèn)題，且能一次性完成焊接。

4 ?焊接質(zhì)量控制的要點(diǎn)及注意事項(xiàng)

4.1 焊接質(zhì)量控制要點(diǎn)

焊接形變控制是高速動(dòng)車組轉(zhuǎn)臂定位座焊接質(zhì)量控制的關(guān)鍵。為了防止焊接形變，焊接時(shí)要把握好尺寸，同時(shí)采用對(duì)焊接部位進(jìn)行打磨處理，使焊接斜度保持在1：4。采用氣體保護(hù)焊接修正時(shí)，為了防止焊縫變形，可對(duì)環(huán)節(jié)部位采用焊接夾具固定。

4.2 注意事項(xiàng)

①由于轉(zhuǎn)向架是高速動(dòng)車組的重要承載部件，務(wù)必要焊接變形控制。焊接變形控制從焊接預(yù)防、焊接控制、焊接后矯正三方面入手。預(yù)防是采用剛性固定夾具固定組織，在進(jìn)行焊接，防止焊接過(guò)程中的拉伸位移，減少殘余應(yīng)力的發(fā)生。在焊接過(guò)程中，選擇最佳焊接參數(shù)和焊接順序，控制變形。焊接后采用加熱矯正法進(jìn)行矯正。

②焊接變形超出設(shè)計(jì)尺寸時(shí)一般不建議采用火焰或機(jī)械法矯正變形。因?yàn)榛鹧婊驒C(jī)械矯正會(huì)改變焊接部位殘余應(yīng)力的分布狀態(tài)，降低轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度，同時(shí)還會(huì)增加焊接的成本。一般通過(guò)調(diào)整焊接順序、改變輸入熱量、增加焊接約束條件等來(lái)控制焊接形變量。

③側(cè)梁底部的四道對(duì)接焊縫焊接前預(yù)熱層的溫控應(yīng)大于150℃。

④焊接完成后因及時(shí)采取矯正措施消除內(nèi)應(yīng)力，控制形變。碳鋼部位的焊接矯正采用火焰矯正的方法。

⑤端頭與上蓋板之間的對(duì)接焊縫應(yīng)提前預(yù)熱150℃以上。

⑥焊接完成后采用超聲波探傷、射線檢查、內(nèi)窺鏡檢測(cè)焊接部位質(zhì)量。

5 ?結(jié)語(yǔ)

從轉(zhuǎn)臂定位座的結(jié)構(gòu)特征分析，不同結(jié)構(gòu)的金屬材料材質(zhì)、厚度及焊接面不同。在實(shí)施轉(zhuǎn)臂定位座結(jié)構(gòu)焊接時(shí)，要根據(jù)轉(zhuǎn)臂定位座結(jié)構(gòu)各部位的材料科學(xué)合理的選擇填充材料，通過(guò)不斷調(diào)整確定最優(yōu)焊接工藝參數(shù)，確保各部位焊接質(zhì)量。由于焊接順序?qū)τ谵D(zhuǎn)臂定位座焊接質(zhì)量、焊接成本、焊接效率等有著重要的影響，因此還需通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定最佳的焊接順序，以便于在焊接過(guò)程中完成一次性成功焊接，避免多次重復(fù)調(diào)整造成的成本、時(shí)間浪費(fèi)，提高轉(zhuǎn)臂定位座的焊接效率。

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