孙志鹏

摘 要：我国铁路客车转向架构焊接技术对我国的铁路客车行业及其交通运输行业起着至关重要的作用。近几年来，我国铁路客车转向架构架焊接技术采用的是钢焊接的结构。钢的密度小，使用刚焊接能大大降低车辆结构的自重。但是，运行速度的提高、载重的增加都会使转向架的构架承载情况变得很糟糕，铁路客车转向架构架焊接接头存在的焊接缺陷会导致很严重的车辆安全性能问题，而铁路客车安全性能方面的问题才是整个铁路客车行业乃至整个交通运输业最重要的问题。所以，对铁路客车转向架构架焊接接头疲劳可靠性的研究就显得极为紧迫。

关键词：铁路客车转向架构架焊接接头 疲劳可靠性 研究

中图分类号：U270.33 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）02（a）-0025-02

高速化的铁路客车正好适应如今人们对交通工具的高要求，高速铁路也已然成为各国铁路现代化的重要标志。然而，任何高速的交通工具都有它安全可靠性的问题存在，随着现如今铁路客车速度的提高和载货量的持续增长，导致铁路的动态性能下降，轮轨之间的磨损程度问题在日益凸显。轮轨之间的相互作用可能会引发脱轨，一旦脱轨，后果便不堪设想了。在以往的铁路客车中，车转向架构架焊接接头暴露出许多疲劳可靠性的问题，如客车在运行过程中出现焊缝断裂、测量立板撕裂等问题，严重危机人们的行车安全。因此，研究铁路客车转向架构架焊接接头的疲劳可靠性，对保证列车安全是十分重要的。

1 转向架构架焊接接头疲劳可靠性的國内外研究现状

近几年国内外对铁路客车行业发展的竞争日益激烈，随之也都对铁路客车转向架构架焊接接头的疲劳可靠性有了很深入的研究。这种架构焊接的疲劳可靠性主要集中于对结构寿命的预测方法、焊接接头或承载部件的寿命检测等方面，发达国家已经形成了比较完善的结构体系，并有了许多研究成果。中国除了对这些成果进行引用、吸收外，也在自主研发更高速、更安全的客车，尤其对转向架构架焊接接头疲劳的可靠性进行了深入研究。

2 焊接缺陷方面的分析

铁路客车转向架构架焊接接头采用的是钢焊接结构，钢焊接结构焊接加工方法的特点决定了它在生产过程中必然会出现气孔、断裂纹、未融合等现象或者焊接处存在各种几何偏差的可能。

铁路客车的焊接欠缺可以分为两类：一类为焊接变形，残余应力；一类为类裂纹欠缺。前者是主要的焊接欠缺，后者发生的情况较少，但是一旦发生就会发生很严重的后果，这是焊接结构中最危险的一种情况。宏观裂纹显然是不能继续使用，焊接结构甚至整个客车可能会报废，微观裂纹虽然能坚持一段时间，但是如果不能及时发现，也会降低疲劳可靠性，这种轻微裂纹在客车行驶过程中一点一点的磨损，极有可能造成更大的安全隐患。针对这些焊接裂纹，有关研究人员也进行了相关研究。

2.1 热弹-塑性有限元法

这是一种测量焊接变形和残余应力的有效方法，十分复杂的焊接结构可能需要大量的计算，对于大型铁路客车，这种针对裂纹一个个进行计算研究的方法显然是不符合实际的，这种方法将跟踪整个焊接的过程，它可以计算焊接过程中每一时刻的温度，根据每个温度下客车反应的应力进行累加，最后得出残余应力和最终可能的变形从而估量出焊接接头的疲劳可靠性。

2.2 焊接收缩力法

转向架构架在焊接过程中，金属会因高温而变形进而产生焊接裂缝。此时的变形程度相当于遭受到了一个外加载荷，被称为焊缝收缩力。铁路客车转向架构架的自身结构、焊接的技艺、焊接温度都会影响焊接收缩力的大小。所以我们可以通过计算这个力进行估计在焊接过程中金属产生变形而造成后果的大小从而避免重大的安全性能方面的隐患，以此提高焊接疲劳可靠性。

2.3 体积收缩法

这种方法假设导致转向架构架在焊接过程中产生变形的原因是熔化了的金属在冷却过程中遇到了热收缩。研究者通过对模型进行实验，用金属模型在900°的温度下进行焊接，然后将金属冷却至室温，观察金属的反应情况，金属在这种条件下会发生收缩变形，将实验现象转换成数值记录在册，将得到的模拟实验数值进行分析，金属熔化的截面区形状有助于我们研究焊接技巧，采取相应措施改善焊接技巧，可以进一步提高铁路客车转向架构架焊接接头疲劳可靠性。

3 结语

转向架构架是铁路客车的主要承载部位，它的疲劳强度对铁路客车行驶的安全性能影响巨大，其疲劳可靠性也受诸多因素的影响。随着铁路客车的速度在不断提高，承载乘客和货物的承载量在不断加大，为了确保铁路客车在行驶过程中的安全我们需要对转向架构架焊接接头疲劳可靠性进行深入研究，尤其在焊接设计阶段，我们要充分考虑分析转向架构架的结构和它焊接成型的特点准确的对焊接疲劳可靠性进行评估，准确的评估出焊接疲劳可靠性有助于提高铁路客车的行驶性能和极大解决铁路客车安全性的问题，对于我国交通运输业的发展也是起到了推动性的作用。

参考文献

[1] 梁红琴，蔡慧，赵永祥，等.高速客车转向架构架焊接接头疲劳可靠性分析[J].机械科学与技术，2015（6）：925-929.

[2] 卢耀辉.铁路客车转向架焊接构架疲劳可靠性研究[D].西南交通大学，2011.