王洪科

摘要：动车组转向架是动车的重要组成构建，其转向架技术是高速动车依靠轮轨接触驱动运行的核心技术。转向架的结构与质量直接影响着高速动车组的动力性能、行车安全与行车品质，而其结构的质量与定位座焊接质量有着直接的关联。本文就来探讨高速动车组转臂定位座及其焊接工艺。通过焊接工艺的选择来强化定位座焊接质量。旨在为高速动车组转向架转臂定位座的质量控制提供一些参考。

关键词：高速动车组;转臂定位座;焊接技术

1  转臂定位座结构分析

转臂定位座结构的定位转臂一段与圆筒形轴箱体固接，另一端通过橡胶弹性节点与构架上的安装座连接。橡胶弹性节点允许轴箱相对构架有较大的上下方向唯一，橡胶件使轴线纵向和横向位移的定位刚度存在差异性，主要是为了适应纵向和横向不同方向上的弹性定位刚度需求。由于橡胶弹性节点的作用，转臂定位座结构也成为弹性铰定位结构。定位座的材质为Q345E，符合标准QB/T-1591-2018，常用低合金结构，具有較好的焊接性能。连接部位的板厚20毫米，双面开HY型坡口，坡口角度45°，焊缝接头形式为双面9HY+a3。它位于测量下方，与侧梁下盖板连接的位置。侧梁下盖板的材质为18-S355J2W+N，符合标准EN10025-5。转臂定位座结构、下盖板的力学性能及化学成分如表1、表2所示，焊接缝如图1所示。

2  转臂定位座焊接变形的原因分析

转臂定位座焊接变形是最大的焊接质量问题，而形变控制则是质量控制的重点。分析转向架转向臂定位座的焊接形变原因有助于我们更好的加强形变控制，提高定位座的焊接质量。

转向架的转向臂定位座是固定轴线的主要构件，结构包括横向侧档座、横向减震器做、下定位拉杆座、齿轮箱吊座、空气弹簧座、制动横梁座、牵引拉杆座等，各结构部件之间空隙较小，而焊接过程中母材会发生热应变，热应变在持续累积的情况下产生内应力，内应力驱使构件发生压力弯曲、回转等问题，因此导致构架发生焊接形变。

焊接形变的程度受焊接材料、焊接热物理参数、力学性能、结构复杂性、焊接工艺等多因素影响。焊接材料的硬度较小、板材厚度薄、输入热量加大、焊接发生位移等情况会加剧焊接形变的发生。

3  焊接工艺分析

3.1 填充材料

通过比对表1、表2中的数据标准，转臂定位座、下盖板屈服强度与抗拉强度相同，分别是345MPa和470～630MPa。根据ISO14341-A标准相关的标准，G424MG0实心焊可与其焊接部位匹配。选择直径1毫米的焊丝，屈服强度和抗拉强度分别为420MPa和500～640MPa。采用熔化极气体保护焊接，选取标准ISO14175中的M21组分，即？准（Ar）82%+？准（CO2）18%。

3.2 焊接工艺参数调整

选择GMAW焊接法对转臂定位座进行焊接。焊接结构工艺参数确定为9HY+a3，采用直流电极正接三层三道焊。转臂定位座结构内部空间狭小，为了防止焊接不均匀问题的发生，应对焊接参数通过实验进行多次调整，确定最佳的焊接参数、输入热量、焊接速度、焊接电流、焊接电压等。焊接后要检查是否存在咬边、未焊透、未熔合等焊接问题。以上焊接缺陷多由于焊接输入热量较小造成。如果存在以上缺陷，因逐渐的加大焊接输入热量，并对焊接部位做质量检查，确定最优的焊接输入热量参数。一般焊接参数参考表3。此外，部分情况还会导致焊接裂纹的产生，多是由于内应力加大所致。内应力的增大与焊接温度紧密相关。在焊接前对焊接层进行预热，防止焊接部位内部发生较大的局部温度梯度，可由小的减缓焊接裂纹缺陷的产生。转臂定位座的碳当量计算公式为：Ceq（IIW）=C+。根据公式，转臂定位座的碳当量结果为0.475%。预热层温度计算公式为T=350·（Ceq-0.25）0.5，最终确定预热层温度为166℃。因此，预热层温度控制在166℃左右即可。实验室确定的最有预热层参数范围为155～170℃。

3.3 焊接变形控制

焊接变形是焊接过程中不可避免的问题。焊接变形的程度可通过调整参数来控制（如图2）。焊接变形也属于焊接缺陷，发生焊接变形后需要对变形部位及时修正。二次修正的过程事实上也属于对焊接部位构建的一种破坏。为了减少这种修正对焊接部位造成的破坏，要合理的选择焊接工具、焊接方式，确定焊接的最佳顺序，严格执行化解顺序。

转臂定位座内部结构相对紧密，焊接难度大，焊接工具无法做全方位的焊接质量控制，一般初选焊缝是难以避免的。只能通过调整焊枪的角度来提高焊接接触部位的精确度。锻件结构简单，且焊接抗形变的作用明显。焊接顺序应由难到易，依次为内部的打底、焊接填充、盖面层内部焊接、外侧焊接。详细的焊接顺序参考为：①焊接转臂定位座内侧打底焊缝;②焊接转臂定外左外侧打底和填充层;③焊接转臂定位座内存的填充和盖面层;④焊接外侧盖面层。依照以上焊接顺序，能最大程度的减少焊接过程中发生的焊接部位变形问题，且能一次性完成焊接。

4  焊接质量控制的要点及注意事项

4.1 焊接质量控制要点

焊接形变控制是高速动车组转臂定位座焊接质量控制的关键。为了防止焊接形变，焊接时要把握好尺寸，同时采用对焊接部位进行打磨处理，使焊接斜度保持在1：4。采用气体保护焊接修正时，为了防止焊缝变形，可对环节部位采用焊接夹具固定。

4.2 注意事项

①由于转向架是高速动车组的重要承载部件，务必要焊接变形控制。焊接变形控制从焊接预防、焊接控制、焊接后矫正三方面入手。预防是采用刚性固定夹具固定组织，在进行焊接，防止焊接过程中的拉伸位移，减少残余应力的发生。在焊接过程中，选择最佳焊接参数和焊接顺序，控制变形。焊接后采用加热矫正法进行矫正。

②焊接变形超出设计尺寸时一般不建议采用火焰或机械法矫正变形。因为火焰或机械矫正会改变焊接部位残余应力的分布状态，降低转向架结构的疲劳强度，同时还会增加焊接的成本。一般通过调整焊接顺序、改变输入热量、增加焊接约束条件等来控制焊接形变量。

③侧梁底部的四道对接焊缝焊接前预热层的温控应大于150℃。

④焊接完成后因及时采取矫正措施消除内应力，控制形变。碳钢部位的焊接矫正采用火焰矫正的方法。

⑤端头与上盖板之间的对接焊缝应提前预热150℃以上。

⑥焊接完成后采用超声波探伤、射线检查、内窥镜检测焊接部位质量。

5  结语

从转臂定位座的结构特征分析，不同结构的金属材料材质、厚度及焊接面不同。在实施转臂定位座结构焊接时，要根据转臂定位座结构各部位的材料科学合理的选择填充材料，通过不断调整确定最优焊接工艺参数，确保各部位焊接质量。由于焊接顺序对于转臂定位座焊接质量、焊接成本、焊接效率等有着重要的影响，因此还需通过实验确定最佳的焊接顺序，以便于在焊接过程中完成一次性成功焊接，避免多次重复调整造成的成本、时间浪费，提高转臂定位座的焊接效率。

参考文献：

[1]宋志坤，王皓，胡晓依，孙琛，成棣，李强.服役转臂节点刚度对运营车辆动力学影响研究[J].铁道学报，2020（04）：35-42.

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