王海龍 高興勇

摘 要：眾所周知高速動(dòng)車組是十三五規(guī)劃和發(fā)展的重點(diǎn)，國家在十三五規(guī)劃中明確2020年至2021年要確保高鐵網(wǎng)覆蓋80%以上的大城市，那么現(xiàn)在國家已經(jīng)做到了2017年的計(jì)劃。高鐵車已經(jīng)成為大眾出行的首選，為了安全、方便、快捷，高速動(dòng)車組列車已經(jīng)承擔(dān)旅客運(yùn)量比重達(dá)到65%以上，所以如何保證高速動(dòng)車組的安全性、穩(wěn)定性、可靠性是生產(chǎn)制造領(lǐng)域持續(xù)探討和研究的領(lǐng)域。那么轉(zhuǎn)向架作為高速動(dòng)車組的重要組成部件，是支撐車體，承受并傳遞從車體至輪對(duì)之間的各種載荷及作用的，研究轉(zhuǎn)向架的組成結(jié)構(gòu)對(duì)于提高轉(zhuǎn)向架的可靠性、安全性、穩(wěn)定性是極為關(guān)鍵的。本文主要是針對(duì)轉(zhuǎn)向架的重要部件構(gòu)架進(jìn)行詳細(xì)分析，通過對(duì)構(gòu)架結(jié)構(gòu)的了解，分析構(gòu)架側(cè)梁的焊接難點(diǎn)，探討解決焊接難點(diǎn)的具體措施，為同行業(yè)在后續(xù)對(duì)轉(zhuǎn)向架生產(chǎn)制造過程中節(jié)約時(shí)間以及更加有效避免焊接缺陷。

關(guān)鍵詞：高速動(dòng)車組;轉(zhuǎn)向架;側(cè)梁組成;焊接技術(shù)

前言

高速動(dòng)車組有很多車型：CRH3型車系列動(dòng)車組、350公里標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車組項(xiàng)目、250公里標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車組項(xiàng)目等，我國的高速動(dòng)車組快速發(fā)展，可以說在世界上也是領(lǐng)跑水平。高速動(dòng)車組轉(zhuǎn)向架作為高速動(dòng)車組的核心部件之一，技術(shù)水平、制造水平一直都是影響車輛質(zhì)量、速度的因素。轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的材質(zhì)有鈦合金、普通鋼材質(zhì)等，材質(zhì)不同、所展現(xiàn)出來的特點(diǎn)也不相同。比如說鈦合金材質(zhì)，由于其自身的金屬密度小、抗拉強(qiáng)度高、比強(qiáng)度大，最重要的具備極強(qiáng)的耐腐蝕性，這種材質(zhì)的結(jié)構(gòu)可以有效的滿足設(shè)計(jì)師對(duì)轉(zhuǎn)向架的輕量化設(shè)計(jì)要求，在達(dá)到高速動(dòng)車組行駛時(shí)高速度的要求，還能更好的延長轉(zhuǎn)向架的壽命。轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的主要結(jié)構(gòu)是側(cè)梁組成、橫梁組成。本文著重討論側(cè)梁組成，屬于封閉箱體型結(jié)構(gòu)，對(duì)各個(gè)尺寸要求的精度極高，如果構(gòu)架的尺寸存有偏差會(huì)直接影響轉(zhuǎn)向架組裝質(zhì)量，嚴(yán)重會(huì)導(dǎo)致部分部件無法組裝，其次是側(cè)梁的焊接質(zhì)量，如果鋼結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量相對(duì)較為容易保證，但是鈦合金的金屬特性決定了其焊接難度。

1 構(gòu)架側(cè)梁組成焊接難點(diǎn)

側(cè)梁組成為封閉箱體結(jié)構(gòu)，尺寸為3411mm×212 mm×721 mm。側(cè)梁組成選用TA18和TA2鈦合金材料，其力學(xué)性能參考GB/T3621《鈦及鈦合金板材》，力學(xué)性能參數(shù)如表1 所示;化學(xué)成分參考GB/T3620.1《鈦及鈦合金牌號(hào)和化學(xué)成分》。

側(cè)梁組成的焊接難點(diǎn)如下：

（1）鈦合金側(cè)梁組成焊接變形量大。由于鈦合金彈性模量為118～123 GPa，約為鋼材的50%，所以相對(duì)于鋼制側(cè)梁組成而言，鈦合金側(cè)梁組成焊接變形量更大，焊后側(cè)梁組成尺寸更難滿足要求。

（2）鈦合金側(cè)梁組成焊接過程中部分焊接接頭無法進(jìn)行氣體保護(hù)。由于鈦合金側(cè)梁組成是一種大而密封的不規(guī)則結(jié)構(gòu)，在焊接過程中很多焊接接頭無法進(jìn)行有效的惰性氣體保護(hù)，導(dǎo)致接頭與空氣中氫、氧、氮?dú)怏w發(fā)生反應(yīng)，形成脆化組織，嚴(yán)重影響產(chǎn)品的焊接質(zhì)量。

（3）側(cè)梁組成的焊接工藝過程以及焊接方法是控制其焊接質(zhì)量的難點(diǎn)。側(cè)梁組成的結(jié)構(gòu)較為特殊，焊縫的特點(diǎn)是長短不一、焊接位置不易操作，需要針對(duì)這樣的結(jié)構(gòu)和焊接難點(diǎn)合理的制定焊接工藝方法和焊接手段。如果在焊接過程中熱輸入較大時(shí)，冷卻速度較慢會(huì)導(dǎo)致金屬變形;如果冷卻速度太快會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)淬硬組織，影響焊接質(zhì)量。

2 側(cè)梁組成焊接難點(diǎn)以及控制手段

2.1 針對(duì)側(cè)梁焊接變形的措施

（1）由于動(dòng)車組側(cè)梁組成的特殊性，需要針對(duì)焊接過程制定詳細(xì)的工藝方案，焊接的工藝方案的方案需要規(guī)定好焊接的方法、焊接的順序、焊接參數(shù)等一些列的焊接標(biāo)準(zhǔn)。具體流程圖如下所示。

（2）利用焊接柔性平臺(tái)、C 型夾具、自行設(shè)計(jì)的側(cè)梁組成專用工裝等工具進(jìn)行輔助焊接。

（3）由于側(cè)梁組成在焊接的過程中，由于特殊性所以需要合適的工裝，由于工裝對(duì)其具備束縛性，導(dǎo)致變形應(yīng)力無法得到釋放。在焊接過程中在焊接夾具、工裝工具的作用下進(jìn)行熱處理，同時(shí)消除殘余內(nèi)應(yīng)力，以此確保焊接精度。

2.2 側(cè)梁的焊接方法

側(cè)梁組成的焊接方法一般根據(jù)側(cè)梁組成的材料來決定，如果是鋼結(jié)構(gòu)，通常采用自動(dòng)CO2氣體進(jìn)行保護(hù)焊;如果是鈦合金材料時(shí)，通常采用惰性氣體進(jìn)行保護(hù)焊;為了降低焊接的熱輸入可以選擇采用交叉斷續(xù)的焊接方式。

2.3 針對(duì)側(cè)梁組成焊接接頭的控制方法

針對(duì)于動(dòng)車組側(cè)梁焊接的常見焊接問題主要有金屬表面氣孔、組織脆化、金屬焊接裂紋等。以上常見問題中金屬表面氣孔的原因是在焊接過程中金屬表面受到污染或者情節(jié)不到位造成中，可通過保證金屬表面狀態(tài)來預(yù)防;組織脆化和焊接表面裂紋主要是由于焊接接頭氣體保護(hù)效果不佳造成的，需要使用惰性氣體對(duì)焊接接頭進(jìn)行保護(hù)來預(yù)防組織脆化和裂紋的產(chǎn)生。

3 結(jié)束語

綜上所述，可以了解到構(gòu)架側(cè)梁的材料不同，由于參數(shù)不同，側(cè)梁強(qiáng)度也不一樣。鈦合金材質(zhì)的側(cè)梁與鋼結(jié)構(gòu)側(cè)梁相比，總重量下降了43%，理論上該種轉(zhuǎn)向架設(shè)計(jì)還存在優(yōu)化空間。通過對(duì)轉(zhuǎn)向架側(cè)梁的結(jié)構(gòu)分析，并對(duì)工序過程進(jìn)行分解，優(yōu)化工裝工具以及其他的輔助焊接工具，確保焊接操作過程的可操作性。同時(shí)采用手工鎢極惰性氣體保護(hù)焊并制定相應(yīng)的焊接工藝;焊后通過真空熱處理消除焊接殘余內(nèi)應(yīng)力，以解決鈦合金側(cè)梁組成焊接變形、焊接質(zhì)量等技術(shù)難題。最后在側(cè)梁組成焊接的過程中根絕焊接結(jié)構(gòu)的特性，制定合適的焊接方法、焊接工藝流程、焊接順序、焊接參數(shù)等，最大程度的降低焊接缺陷，已達(dá)到最小程度的焊接缺陷及焊接變形。

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