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摘 要：随着工业与科技的发展，焊接方法與焊接机械也在不断优化。但以目前的施工工艺来说，在焊接过程中由于应力作用，经常会焊件变形，这不仅严重了构架质量，更会影响焊接使用性能。构架作为转向架整体结果中最重要的称重部件，其他部件的安装也需要以构架安装为基础，承接各部分零件与车体间的连接。因此，对于转向架构架钢板焊接的精度与刚度都有着严格的要求。本文主要对转向架构架钢板焊接应力与变形控制方法进行了有效的分析。
关键词：转向架构架；钢板焊接；应力；变形；控制方法
引言
焊接应力与变形不但会引起焊件形状、尺寸的变化，同时在焊接过后，常常需要对其进行较为复杂的矫正工作，有时产品甚至会以报废而告终。因此，本文主要对转向架构架钢板焊接应力与变形控制策略进行了有效的分析。
1 转向架构架钢板焊接应力分析及变形因素分析
1.1 应力分析
钢板结构焊接过程中，产生变形的主要原因分为两种。一种为在焊接过程中由于焊接区域产生温度较高，局部钢板在高温条件下无约束会产生较大的变形；另一种为在焊接完成时由于约束会产生焊接残余应力，这种残余应力会对焊接钢板产生残余变形作用。在多种影响原因中，其中一焊接材料、焊接工艺以及焊接结构对焊接残余应力影响最大。在整体焊接过程中，如果焊接温度不均匀，在焊体中会出现部分温度过高，其他部位温度低的情况。受到这一温度影响，焊件中会出现应力产生局部压应变。
1.2 变形影响因数分析
转向架构架钢板焊接时受热不均匀是应力与变形产生的主要原因之一。而钢板热量传到速度主要由钢板材料、结构因素以及制造因素所影响，影响热源周围金属活动最终形成焊接应力与变形。为确定影响钢板焊接应力与变形出现的主要原因，考虑到其中结构因素的限制，钢板零件在实际焊接中主要将各个零件采用单侧坡口焊接的方式进行，但可以看出这种焊接方式会大大增加工作量，如示意图，如图1所示。根据上图可以看出，在上图焊接连接点内焊缝较多，工程量较大，因此焊接变形较难控制，且钢板变形情况出现后不易被矫正，因此对焊接过程中的应力控制十分重要。在焊接过程中接头大多采用十字或T型接头，因此容易受到应力产生扭曲，发生应力集中的现象[4]。并且在焊接后，构架受力情况困难，使构架变形趋势判断的难度增加。通过分析以上构架焊接结构可以看出，由于产品尺寸与质量较大，在焊接过程中很难对加工零件自由翻转，使每条焊缝都保持相同的焊接位置，且不同位置焊接热输入相同。
2 转向架构架钢板焊接应力与变形控制方法
2.1 焊接残余应力控制措施
对于焊接残余应力的控制措施主要有四个方面：①使焊缝尺寸减少；②使焊缝拘束度减小；③焊接顺序科学、合理；④使焊件的刚度降低，使自由收缩的条件得以创设。对于焊接裂纹来说：①要将焊接材料合理的选择，对焊缝的化学成分进行控制，使母材及焊接材料中低熔点共晶物降低，也就是我们所说的偏析元素，例如S含量等，这是为了使热裂纹的出现得以预防。②对焊接工艺参数进行控制，例如焊缝速度、电流等，让焊接截面宽度与深度比与工艺规定相符合，这样可以对热量输入有效控制。③对焊前预热以及焊后缓冷有效控制，使焊接接头组织得以改善，有效控制t8/5，这样可以使焊缝和HAZ性能改进，从而使冷裂纹的出现得以预防。
2.2 焊接变形的控制措施
针对焊接结构的使用性能与制作精度，需要对其进行变形控制。为有效控制焊接变形，需要对影响该构件焊接变形的因素进行分析，并采取有效的措施对其进行变形控制，常见的控制措施如下：
2.2.1 合理选择焊缝尺寸、坡口型式
随着焊缝尺寸的增大，焊接变形也会随之增大。在对焊缝尺寸进行设计时，首先要对焊接结构的承载力进行计算，在满足条件的情况下，选用最小焊缝尺寸。通过对坡口型式进行合理选择，能够对焊接变形进行有效控制。例如，V形坡口对接接头的角变形比双Y形坡口的对接接头角变形更为明显，十字接头与丁字接头比不开坡口的角焊缝变形更大。
2.2.2 减少焊缝数量
焊接结构应尽可能地减少焊缝数量，优先选用厚度比较薄的构件，通过选用加强筋板，能够有效提高焊接结构的刚度、稳定性，从而减少焊缝的数量，降低焊接变形的可能性。
2.2.3 确保合理的焊缝位置
焊缝位置应定在焊接结构的中性轴，从而减少焊接结构的弯曲变形。
2.2.4 合理选择焊件尺寸
焊件尺寸对焊接变形具有较为显著的影响。当焊件的厚度达到一定数值时，便会产生最大程度的角变形。此外，在对薄板结构进行焊接时，常常会出现比较大的波浪变形；在对细长结构进行焊接时，常常会出现弯曲变形。
2.3 加强焊接工艺研究
（1）将逆向回焊法进行应用。倘若焊接总进程是由左向右，那么焊道的施焊要由右向左，就是我们所说的分段侧焊法。由于施焊后，沿焊缝板内侧的热量会使其发生膨胀，造成板向外分离，然而热量在板内侧扩散后，会出现向板外缘膨胀的情况，使得板发生回收。（2）将反变形法进行应用。在焊接前，利用焊件偏置的方式，将收缩力有效的利用，同时，还要预弯焊接前的部件，也就是通过机械手段来使反向力形成，从而将收缩力进行消除。（3）通过反向力来使收缩力平稳。对于反向力来说主要有四种：①其它的收缩力；②夹具约束力；③组合件时的约束力；④构件重力拱度向下形成的反力。对收缩力进行平稳，最有效的方法就是把相同的焊接件背对着夹起来，再将它们的组合件时行焊接，待冷却后松开夹具。同时，可以将预弯法与之联系起来。
3 结束语
通过研究可以看出，在实际生产过程中，焊接应力与变形产生的原因有许多，但只要对焊接工艺充分了解并进行改进后，对焊接工艺进行合理化，通过对焊接方法的控制，结合实际经验，有效提高焊接质量。
参考文献
[1]尤君，倪宝成，方孝钟，杨红伟.地铁转向架用S355J2W耐候钢板对接接头焊接工艺研究[J].机械工程师，2018（02）：157-159.
[2]吕任远，张连敏，陶传琦，罗洪涛，丁成钢，朱平.转向架构架Q345-E钢板焊接接头力学性能[J].机车车辆工艺，2006（04）：12-13.
[3]张晓军，丁韦，周晓峰，王悦明，缪凯.14MnNbq钢板及其焊接材料用于严寒地区机车车辆的可行性研究[J].铁道机车车辆，2003（05）：5-9.
关键词：转向架构架；钢板焊接；应力；变形；控制方法
引言
焊接应力与变形不但会引起焊件形状、尺寸的变化，同时在焊接过后，常常需要对其进行较为复杂的矫正工作，有时产品甚至会以报废而告终。因此，本文主要对转向架构架钢板焊接应力与变形控制策略进行了有效的分析。
1 转向架构架钢板焊接应力分析及变形因素分析
1.1 应力分析
钢板结构焊接过程中，产生变形的主要原因分为两种。一种为在焊接过程中由于焊接区域产生温度较高，局部钢板在高温条件下无约束会产生较大的变形；另一种为在焊接完成时由于约束会产生焊接残余应力，这种残余应力会对焊接钢板产生残余变形作用。在多种影响原因中，其中一焊接材料、焊接工艺以及焊接结构对焊接残余应力影响最大。在整体焊接过程中，如果焊接温度不均匀，在焊体中会出现部分温度过高，其他部位温度低的情况。受到这一温度影响，焊件中会出现应力产生局部压应变。
1.2 变形影响因数分析
转向架构架钢板焊接时受热不均匀是应力与变形产生的主要原因之一。而钢板热量传到速度主要由钢板材料、结构因素以及制造因素所影响，影响热源周围金属活动最终形成焊接应力与变形。为确定影响钢板焊接应力与变形出现的主要原因，考虑到其中结构因素的限制，钢板零件在实际焊接中主要将各个零件采用单侧坡口焊接的方式进行，但可以看出这种焊接方式会大大增加工作量，如示意图，如图1所示。根据上图可以看出，在上图焊接连接点内焊缝较多，工程量较大，因此焊接变形较难控制，且钢板变形情况出现后不易被矫正，因此对焊接过程中的应力控制十分重要。在焊接过程中接头大多采用十字或T型接头，因此容易受到应力产生扭曲，发生应力集中的现象[4]。并且在焊接后，构架受力情况困难，使构架变形趋势判断的难度增加。通过分析以上构架焊接结构可以看出，由于产品尺寸与质量较大，在焊接过程中很难对加工零件自由翻转，使每条焊缝都保持相同的焊接位置，且不同位置焊接热输入相同。
2 转向架构架钢板焊接应力与变形控制方法
2.1 焊接残余应力控制措施
对于焊接残余应力的控制措施主要有四个方面：①使焊缝尺寸减少；②使焊缝拘束度减小；③焊接顺序科学、合理；④使焊件的刚度降低，使自由收缩的条件得以创设。对于焊接裂纹来说：①要将焊接材料合理的选择，对焊缝的化学成分进行控制，使母材及焊接材料中低熔点共晶物降低，也就是我们所说的偏析元素，例如S含量等，这是为了使热裂纹的出现得以预防。②对焊接工艺参数进行控制，例如焊缝速度、电流等，让焊接截面宽度与深度比与工艺规定相符合，这样可以对热量输入有效控制。③对焊前预热以及焊后缓冷有效控制，使焊接接头组织得以改善，有效控制t8/5，这样可以使焊缝和HAZ性能改进，从而使冷裂纹的出现得以预防。
2.2 焊接变形的控制措施
针对焊接结构的使用性能与制作精度，需要对其进行变形控制。为有效控制焊接变形，需要对影响该构件焊接变形的因素进行分析，并采取有效的措施对其进行变形控制，常见的控制措施如下：
2.2.1 合理选择焊缝尺寸、坡口型式
随着焊缝尺寸的增大，焊接变形也会随之增大。在对焊缝尺寸进行设计时，首先要对焊接结构的承载力进行计算，在满足条件的情况下，选用最小焊缝尺寸。通过对坡口型式进行合理选择，能够对焊接变形进行有效控制。例如，V形坡口对接接头的角变形比双Y形坡口的对接接头角变形更为明显，十字接头与丁字接头比不开坡口的角焊缝变形更大。
2.2.2 减少焊缝数量
焊接结构应尽可能地减少焊缝数量，优先选用厚度比较薄的构件，通过选用加强筋板，能够有效提高焊接结构的刚度、稳定性，从而减少焊缝的数量，降低焊接变形的可能性。
2.2.3 确保合理的焊缝位置
焊缝位置应定在焊接结构的中性轴，从而减少焊接结构的弯曲变形。
2.2.4 合理选择焊件尺寸
焊件尺寸对焊接变形具有较为显著的影响。当焊件的厚度达到一定数值时，便会产生最大程度的角变形。此外，在对薄板结构进行焊接时，常常会出现比较大的波浪变形；在对细长结构进行焊接时，常常会出现弯曲变形。
2.3 加强焊接工艺研究
（1）将逆向回焊法进行应用。倘若焊接总进程是由左向右，那么焊道的施焊要由右向左，就是我们所说的分段侧焊法。由于施焊后，沿焊缝板内侧的热量会使其发生膨胀，造成板向外分离，然而热量在板内侧扩散后，会出现向板外缘膨胀的情况，使得板发生回收。（2）将反变形法进行应用。在焊接前，利用焊件偏置的方式，将收缩力有效的利用，同时，还要预弯焊接前的部件，也就是通过机械手段来使反向力形成，从而将收缩力进行消除。（3）通过反向力来使收缩力平稳。对于反向力来说主要有四种：①其它的收缩力；②夹具约束力；③组合件时的约束力；④构件重力拱度向下形成的反力。对收缩力进行平稳，最有效的方法就是把相同的焊接件背对着夹起来，再将它们的组合件时行焊接，待冷却后松开夹具。同时，可以将预弯法与之联系起来。
3 结束语
通过研究可以看出，在实际生产过程中，焊接应力与变形产生的原因有许多，但只要对焊接工艺充分了解并进行改进后，对焊接工艺进行合理化，通过对焊接方法的控制，结合实际经验，有效提高焊接质量。
参考文献
[1]尤君，倪宝成，方孝钟，杨红伟.地铁转向架用S355J2W耐候钢板对接接头焊接工艺研究[J].机械工程师，2018（02）：157-159.
[2]吕任远，张连敏，陶传琦，罗洪涛，丁成钢，朱平.转向架构架Q345-E钢板焊接接头力学性能[J].机车车辆工艺，2006（04）：12-13.
[3]张晓军，丁韦，周晓峰，王悦明，缪凯.14MnNbq钢板及其焊接材料用于严寒地区机车车辆的可行性研究[J].铁道机车车辆，2003（05）：5-9.