中国标准动车组扭杆座组焊及焊缝修复工艺研究

李程锦

摘要：扭杆座是中国标准动车组车转向架的重要部件，其连接着抗侧滚扭杆揺枕，是保证列车运行平稳性和旅客乘座舒适性的重要部件。在列车运行中，扭杆座受到复杂的交变载荷作用，其焊接工艺是构架制造过程中的一项技术难点。本文通过对比分析扭杆座焊缝的两种接头形式，探讨焊接参数和焊接缺陷修复工艺，对提升焊接质量和生产效率有一定的指导意义。

关键词：中国标准动车组;扭杆座;CR400BF;转向架构架

引言

中国标准动车组是中国完全拥有自主知识产权的新一代高速动车组，其构架各零部件的焊接质量关系到列车的行车安全。扭杆座是中国标准动车组CR400BF型转向架的重要部件之一，其连接着抗侧滚扭杆摇枕，是保证列车运行平稳性和旅客乘座舒适性的重要部件。因此，扭杆座与侧梁间的焊缝焊接质量尤为重要。

宫平[1]等探讨了高速动车组转向架典型焊接接头型式及其工艺评定方法，确保其有效性和适宜性。刘亚良[2]等利用有限元软件，得出补焊使焊缝中心及热影响区的残余应力增加明显，对远离热影响区的母材影响效果不明显。本文针对CR400BF型转向架扭杆座的接头型式、焊接工艺及焊接缺陷修复工艺进行探讨，确保焊缝成型质量满足设计要求。

扭杆座结构

列车运行过程中，扭杆座主要受到复杂的交变载荷作用，为了保证其结构的力学性能选用锻件。扭杆座与侧梁间焊缝呈现为一条空间曲线[3]，施焊空间较小，焊接难度较大，其焊缝质量等级为EN15085 CPB级，焊接后采用射线（RT）探伤。

扭杆座组焊及缺陷修复工艺

材料属性

扭杆座材质选用Q345E低合金高强钢，碳当量≤0.45%，按照EN10228进行100%裂纹检查，质量等级为4。对扭杆采用正火热处理工艺，微观组织主要为细小的珠光体，具有良好的焊接性及力学性能。

扭杆座焊缝坡口的设计与优化

在CR400BF型构架试制阶段，扭杆座的焊缝坡口形式采用带2mm钝边的双边V型30°坡口，板厚为18mm。在研制过程中发现，坡口角度较小，焊枪摆幅不足，焊缝与坡口侧壁易熔深不足，焊缝根部易产生未熔合、气孔等缺陷，射线探伤一次合格率较低。

为改善焊缝成型质量，对此坡口进行优化。扭杆座与侧梁间的焊缝，采用2mm钝边、半径为16mm的双边U型坡口，板厚为18mm。U型坡口的设计有利于焊枪的摆动，有利于焊缝的全熔透以及焊缝与坡口侧壁的熔合性。2mm的钝边有效避免焊缝烧穿。经实践证明，U型坡口较之V型坡口，焊缝射线探伤一次合格率提升较大。

扭杆座焊接工艺

扭杆座焊缝熔深要求9mm，焊脚饱满，表面成型圆滑，封头需要打磨圆滑过渡，焊缝的起、收弧点及端部焊缝需要打磨。组焊前需将焊缝两侧不小于20mm范围内的油污、灰尘、水等杂质去除。

扭杆座组对时，焊缝错边量小于2mm，组对间隙总体控制在1mm以內，对于曲线段焊缝允许焊缝局部间隙在2mm以内。定位焊时，为防止烧穿，在焊缝端部可采用小规范焊接，电流90–110A，电压16–18V。

焊接时，利用工装和变位机，调整焊缝为PA/PB位置进行焊接。采用保护气体为Ar：CO2=82：18的MAG焊。

侧梁正装放置，采用多层多道焊，层间温度控制小于250℃，完成扭杆座填充及盖面焊后，在扭杆座背面进行清根，保证焊接质量。打底焊，采用电流210–230A，电压25–27V;填充焊，采用电流240–260A，电压28–30V;盖面焊，采用电流250–270A，电压29–31V。

扭杆座焊接缺陷修复

扭杆的焊接缺陷主要分为表面缺陷和内部缺陷。通常情况下，同一部位焊缝返修次数不超过两次。

表面缺陷修复工艺 扭杆座焊接常见的表面缺陷包括表面气孔、表面焊缝裂纹、弧坑裂纹、咬边和焊瘤等，表面缺陷的检验以目视检测和磁粉探伤为主。

选择合适的磨削工具，包括角向砂轮、旋转锉等，将缺陷磨削去除，经探伤确认缺陷是否去除干净。缺陷清除后，若打磨深度不超过0.5mm，则采用打磨工具将打磨区域与周围焊缝圆滑过渡即可;若打磨深度超过0.5mm，则需对打磨区域进行补焊、打磨，与周围焊缝圆滑过渡。

内部缺陷修复工艺 内部缺陷主要有未焊透、未熔合、内部气孔、夹渣等。侧梁反装放置，从扭杆座焊缝背面进行打磨清理，配合磁粉探伤，确认缺陷是否完全清除。

修磨后的沟槽底部应为”U”形截面，底部半径不小于5mm，以便于焊接和熔合。当缺陷为扩展性质裂纹时，应在裂纹两端尽头钻止裂孔（约φ5）后，再进行去除裂纹修磨。当修磨后焊道仅一端有止裂孔而另一端为开放性时，焊接时应从止裂孔端起弧，向外焊接。焊修后用砂轮、抛光轮等对焊缝及过渡区域进行修磨，使之焊缝与母材圆滑过渡，要求修磨痕迹方向与构件该处受力方向基本平行。

结论

通过对比分析CR400BF型转向架扭杆座的坡口型式，焊接工艺以及缺陷修复的探讨，有效提升了扭杆座的焊接质量：

通过优化焊缝坡口形式，采用合理的焊接工艺参数，利用工装和变位机，将焊缝的空间曲线分布形式，调整为PA/PB位置进行焊接，有效提高了焊缝的射线探伤一次合格率。

对于表面缺陷，采用适当的打磨工具进行打磨，利用磁粉探伤确认缺陷是否完全清理。若打磨深度不超0.5mm，则焊缝与母材圆滑过渡即可，若超过0.5mm，则补焊并将焊缝与母材圆滑过渡。

对于内部缺陷，为了保障焊接可达性，侧梁反装放置，从焊缝背面打磨，保证U型的几何截面，注意层间清理和层间温度，确保焊修质量。

参考文献

宫平，常力.动车组转向架构架焊接工艺评定分析与讨论 [J].电焊机，2017，47（1）：86–91.

刘亚良，杨鑫华.补焊位置对S355J2W对接接头残余应力分布影响 [J].辽宁工程技术大学学报：自然科学版，2016，11）：1290–1294.

李小军，刘冠男. CR400BF转向架构架关键制造工艺;proceedings of the 2018高速铁路先进焊接技术国际研讨会，F，2018 [C].