动车组转向架构架焊接材料工艺分析

赵文龙 郭成 徐洪银

摘 要：众所周知，动车已经成为城际的主要交通工具，运行牵引机制轨道，时速能达到160km/h至250km/h，运输对象是人，所以人们对动车的安全性能非常重视。动车运行的安全性不仅仅是动车车体本身的安全性，还涉及到交通指挥系统、地面轨道、电压线轨道等。转向架就是轨道中的一环，并且与指挥系统连接。这对动车轨道和转向架硬件的平滑性、稳顶性、安全性提出了更高的要求。转向架是由母材和焊接材料共同构架的，目前我国焊接技术和焊接材料有一定的基础，但为了优化工程构架，提升安全性能，焊接材料的工艺还在做进一步研究。对焊接方式、工艺、材料的选择要求都非常严格，对焊后成型的尺寸、精度都有规范的检验标准。本文简要阐述地铁转向架自动焊接材料工艺的相关分析。

关键词：转向架;焊接材料;焊接工艺

引言：

随着我国动车网络的组建，动车路线已遍布国家大部分城市。每天有上百辆动车在行驶中，且是共享铁路轨道，所以动车需要接受铁路调度中心的控制，实行牵引与制动，保证在规定的距离之内停车。如果无法做到精准有效地控制动车，将会出现车体从转向架上掉落、转向架带着动车离开轨道，甚至是动车相撞，造成严重的人员伤亡和财产损失。

一、动车转向架的构成及作用

动车转向架构成复杂，涉及的部件较多（如图1所示）。其作用是满足动车的运行要求：增加动车载重、容量、提高运行速度等。动车车身可靠地坐落在转向架上，由转向架牵引着动车灵活地在直线、曲线路轨上行驶，并保障动车运行过程中的安全形、稳定性。随着铁路的发展和动车的提速，高质量、高性能的转向架尤为重要。

二、焊接材料的选择

耐候钢（主要材料为SMA490BW）是动车转向架构主结构材料，是标准的动车组件构建材料，为了更好的实现耐候钢的焊接效果，焊接材料的选择，需要从碳量CEV化学成分、耐腐蚀性指数、力学性能等方面进行评定。经过大量的实验，最后发现CHW-55CNH焊丝与耐候钢的焊接融合度和成型效果最佳。

三、焊接材料工艺分析

根据动车转向架的母材（耐候钢的金属材质）和所用焊丝的特性，转向架沟焊接材料的工艺有全焊透对接焊缝、全焊透T形接头、角焊缝接头等工艺。对焊接工艺中的电流、电压、焊接层数、道数等参数，根据焊接部位材质厚度和性能要求而定。

3.1 全焊透对接焊缝

全焊透对接焊缝常用于钢型材料的结构拼接，焊后焊接丝材料是焊缝的主要组成材质。为了增加焊缝与两端连接的牢固度，在焊接部位通常会使用引弧板和引出板，同时起平缓过渡焊接接缝的租用。在施焊过程中，为了让焊丝材料充分填满母材缝隙，保证接口处材质的厚度，硬度，韧性等各项指标都达标，可以根据转向架技架构中各个部位钢材的厚度，由薄至厚，采取直边、V型、K型、X型、Y型坡口接缝形式。

3.2 T型角焊缝

T型角焊也是金属件焊接中常用的一种方式，两个部件成T字型摆放焊接而成，所形成的焊缝角度一般在0-45度之间。因为角焊部件摆放的特性，导致角焊接对焊接材料和工艺的要求比较高，尤其是焊接后焊缝的硬度和韧性，硬度达标才能保证焊缝的稳定性，具有一定的韧性能保证部件在弯曲或碾压情况下不被轻易折断。

3.3 Y型坡口焊缝

Y型坡口焊接分为直Y和斜Y两种，主要是用于母材较厚的情况。这两种间隙形状都需要采用双面焊接，才能使焊丝充分填充在间隙里。间隙不大的情况下，可以直接焊接;间隙过大，直Y型可以考虑加入辅助连接件，增加焊缝的稳定性。

四、焊接材料工艺评定

焊丝材料CHW-55CNH的工艺评定标准，是按照《钢、镍以及镍合金的焊接工艺评定实验标准》制定的，具体的评定内容主要是各种工艺焊接接头的成型形情况、牢固性、稳定性、熔透性等。评定方式分两种，一种是人工评定，即宏观评定;另外一种是使用机械工具自动检查，即通过磁粉和超声波工具进行微观检查。

4.1 焊缝裂纹

Y型焊缝裂纹检查，除了查看焊接表面是否有裂纹，还需要对其焊接部位进行解剖，统计断面和根部的裂纹率。T型角焊缝折断面缺陷检查，需要从弯折部位附近的表面、切口面以及熔合界面部位进行检查，查看是否有裂纹、气孔等焊接缺陷。耐候钢和CHW-55CNH焊丝，采用MAC焊接方式形成的焊缝裂纹和气孔发生概率很小，由此可见，母材的可焊性和焊丝的良好抗裂性能除了依据自身材质特性，焊接方式的选择也很重要。

4.2 接头焊缝力学性能

按照取样和性能检测标准，对CHW-55CNH焊丝所形成的焊接头，从屈服强度、拉伸强度、延伸率等内容项进行指标检测，经过强力拉伸、碾压、冲击以及正负180度弯曲，接受检测的拉伸面完好无损没有裂纹，则接头焊缝性能符合检测标准，满足母材对焊缝力学性能指标的要求。接头焊缝的力学性能标准根据母材而定。

4.3 焊接接头硬度测试

参照相关硬度测试标准，对焊接接头的硬度进行维氏硬度测试。检测接头的硬度是否平均分布，焊缝和HAZ的硬度是否在熔合线范围内，最高硬度值是否超过HV225。接头区的硬度过高，焊缝就形成了脆硬组织，韧性储备不够，在实际用过程中容易发生折断现象，导致无法预估的严重后果。

4.4 焊接接头熔透度

接头焊丝与母材的熔透度的检测，需要切开焊缝接头观察横截面。首先是物理特征，观察表面和内容是否由气孔、裂纹、夹渣等缺陷。然后是化学特征，使用工具检测焊丝与母材熔透后，在焊缝区、熔合区、过热区形成的组织元素及其形状。

4.5 焊接变形

焊接变形有两种，一种是焊接接头变形，另外一种是焊接过程导致的部件变形，任何一种变形都会对转向架的运行产生严重的影响。接头变形的检测，主要是检测焊接过程是否改变部件原来的弧度、水平度等。对于精度要求较高的部件人工是无法完成的，需要采用专业仪器进行检测。

4.6 疲劳检测

母材焊接后需要投入到实际应用中，为了保证焊缝的安全性和稳定性，需要对焊缝实施疲劳检测，采用单点法对母材和焊丝的应力进行循环测试，检测其应力最大极限值，以及在标准值110Pa范围内是否出现断裂现象。

结束语：

综上所述，焊丝材料以及焊接材料的工艺，在一定程度上决定了动车转向架的稳定性和安全性，焊接材料和工艺的优化十分重要。为了保证动车组转向架架构焊接的质量，焊接材料和焊接工藝的采用都需要经过严格的工艺检测，达到使用标准才能实际应用。