高速动车组转向架管对接结构焊接缺陷管控探析

王涛 隋旭日 朱玉河

摘 要：当前，在横梁管焊接作业中，气孔与未熔合缺陷较为常见。所以本文主要分析这两种缺陷，本文首先阐述了实验方法和材料，之后调查2018年4—5月与10—11月的生产现状。最终确定了两种缺陷形成原因，并提出一些优化策略，希望能够为相关人员与单位提供参考。

关键词：动车组;转向架管;对接结构焊控制

前言：

通常，为了有效确保列车行驶安全，通过借助焊接手段对列车转向架进行处理，主要由横梁、侧梁和相关附件构成。比如，我国时速在300km/h以上的列车，主要通过横梁管连接转向架，并且横梁管在转向架中具有重要地位，连接于列车侧梁[1]。然而当前，横梁管焊接无法充分满足要求，产生气孔、没有熔合等，严重影响焊接质量，同时影响生产力。

1 实验方法与材料

转向架横梁钢管与两个连接座的材质基本上为S355J2+N，对于连接位置接头主要选择环状接头，在内侧坡口方面，以5V形式为主，坡口角度是45°。在外側坡口方面，以10U形式为主，角度为12°，另外，需要保证中间可以预留1.8mm的村边。见下图。

另外，在焊接质量方面的要求也较为严格，通常，为了确保列车行驶安全性，焊缝质量应该以CPA为标准，完成焊接工作后，应该通过100%射线与100%磁粉对焊缝位置进行探伤处理。开展横梁管组对工作时，应该确保外坡口的颞部可以均匀分布定位焊，同时在其焊缝长度方面的规定非常明确，通常需要将焊缝控制在50mmm左右。

开展焊接作业前，应该优先打磨焊缝两侧，进行形成45°斜面，之后选择CLOOS ROMAT310机械手臂优先焊接内侧5V，之后进行2道焊接，完成该环节工作后，应该借助打磨机对外侧坡口进行清根处理，保证未融透位置全部去除，保证其光滑度。完成清根工作后，应该确保外坡口深度在12.5mm左右。对于10U焊接焊缝焊接工作，应该分为3层进行3道焊接处理，之后100%射线与100%磁粉进行探伤处理。若是此过程发现焊接曲线，应该借助KW-4C数字超声波射线与仪器配合，进而充分确定焊接缺陷位置、大小与种类，便于返修工作顺利开展。

2 分析和讨论

2.1调查生产现状

首先可以对2018年4—5月车间开展的CRH380动车转向架的横梁管焊接作业活动进行统计，同时统计前十根完成焊接的产品质量。其次，应该对2018年10月与11月，展开260lm/h动车横梁管焊接作业活动进行统计，同时追踪统计前期25根产品的质[2]。对两阶段调查结果进行分析发现，具体使用此类横梁管双面环形焊缝时，焊接缺陷较多，并且焊接合格率与规定要求存在较大差距。另外，深入分析两阶段工作后，发现气孔与没有熔合是横梁管焊接主要缺陷，并且在同一处位置会同时出现两种问题，没有熔合缺陷发生次数较多，在所有缺陷中出现频率高达57%，虽然气孔缺陷发生此处相对较少，然而也达到36%。虽然会出现裂纹缺陷，然而其发生次数较少，属于意外缺陷，出现频率仅为3%。

2.2未熔合缺陷分析

未熔合探伤底片见下图。

其主要具有以下特征：①缺陷概率高，在57%左右，并且经常导致横梁管报废;②结合RT底片中未熔合缺陷发生部位，可以确定，母材坡口与焊缝连接位置是主要缺陷部位。③通过超声波对缺陷深度进行检测发现未熔合部位与焊缝表面间距在11.5mm左右，为10U焊缝打底层的深度位置，并且在其他深度也会出现此种缺陷。④进行返修后，还会发生缺陷问题。因此，致使横梁管焊接出现批量未熔合缺陷属于稳定、持续性因素。

根据现场具体情况分析，焊缝未熔合缺陷可能由以下原因造成：①焊缝外侧清根工作不足，完成清根工作后，平面度没有满足设计要求，导致机械手无法稳定追踪焊接电弧。②工艺标准缺少合理性。③工装同轴度不足，机械手进行焊接处理时，焊枪焊接角度不够理想。

说明，不仅环境、清根与工装同轴度会影响未熔合缺陷产生概率，工艺移速也会造成一定影响[3]。未熔合缺陷主要原因就是焊接时，热输入没有达到要求，主要体现在：焊接过程散热比较快;焊接整体热输入不足;局部热输入不足。

2.3气孔缺陷

第一阶段气孔缺陷较少，一般为单一骑扣，并且气孔频次与形成位置不够固定，所以该阶段气孔成因为偶然性因素，应该以基础工作为切入点。①焊接前借助无纺布与7063清洗液对坡口进行认真处理，保证坡口没有锈蚀与油污等。②将车间大门与机械手电风扇关闭，对保护气体的流量进行检查，确定其是否与规定要求相符。③焊接式借助钢丝刷将层道间氧化物清除，之后通过毛刷进行清理。

在第二阶段中，气孔缺陷较为频繁，并且出现了未熔合缺陷，气孔较为密集。特别在气候下降之后，车间温度降低，气孔产生次数增加，并且具有一定规律性。通过分析确认，该阶段气孔问题主要是由于水蒸气冷凝之后在工件表面上附着，焊接过程中形成氢气，与熔池相溶，进而形成密集的气孔缺陷。

针对气温影响，在焊接前以160℃温度预热工件，借助预热处理将焊接区域冷凝水全部去除，降低焊接现场氢含量，对气孔缺陷进行有效控制。若是气温较低，进行焊前预热时，焊接现场冷凝水会在温度不断升高过程中，逐渐降低，保证氢含量得到进一步控制，进行降低气孔缺陷。

结语：

综上所述，开展横梁管的双面焊接作业时，在U形坡口位置极易形成气孔与未熔合缺陷问题。未熔合缺陷主要形成原因就是工艺参数缺少合理性，局部热量不到位。可以通过降低打底层的填充量以及提高焊接层道数方法加以优化。U形坡口应该通过薄层打底与多道填充方法进行焊接。对于气孔缺陷，主要是焊前清洁工作不到位以及焊接现场温度低等原因造成，在焊接前需要对坡口进行清理，对层道间污物进行有效处理，若是现场温度较低，则需要通过预热方法进行处理。

参考文献：

[1]李万君， 刘大明， 王善更. 浅谈高速动车组转向架构架的焊接变形控制方案[J]. 中国化工贸易， 2018， 10（10）：227-227.

[2]李万君， 王善更， 孙维鹏. 浅谈高速动车组转向架管对接结构焊接缺陷控制[J]. 建材与装饰， 2018.519（10）：302-302.

[3]刘大明， 李万君， 王善更. 高速动车组转向架构架焊接工艺与变形关系分析[J]. 中国化工贸易， 2018， 10（09）：208-208.