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[摘 要]转向架作为列车走行装置，其性能直接影响着列车运行舒适性以及安全可靠性。构架作为转向架骨架，将转向架各个零部件组成一个整体，并且承受和传递各种力，因此在转向架机构中起着举足轻重的作用。对于现行CRH系列转向架构架而言，均为钢焊接结構，钢焊接结构易出现裂纹、漏焊、焊缝外观不规则等缺陷，因此对焊接构架质量检测尤为重要。本文通过对焊接表面缺陷原因分析，选取了焊接构架裂纹、漏焊、焊缝外观不规则等工件进行了焊接热应力分析验证，并提出了提高焊接构架强度的措施，对生产实际具有一定指导意义。
[关键词]构架；焊接质量；类模型；缺陷分析
中图分类号：U270 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）20-0060-01
引言
转向架构架作为支撑铁路机车车辆的重要部件，一旦产生疲劳裂纹并在运行中扩展，会导致构架断裂事故。就目前运营的列车而言，转向架构架的裂纹几乎全是构架焊缝焊接不当引起的或强度设计不够而由焊缝产生的；疲劳裂纹主要从焊缝接头处产生，因此对于焊接构架质量检测尤为重要。
1 构架焊接缺陷分析
CRH系列转向架构架就是一个焊接件，其焊接工艺复杂，焊接过程中易出现构架焊接裂纹、焊瘤、漏焊、焊缝外观不规则、气孔、夹渣等缺陷。对于转向架构架焊接工况而言，焊接类型主要有T型焊、对接焊、弧焊等，本文选取对接焊和T型焊为研究对象。焊接缺陷影响分析如下。转向架构架上产生的裂纹，多为刚性裂纹，几乎全是由于焊接不当或强度设计不够而由焊缝产生的。当焊缝中存在裂缝类高危害性缺陷时，结构受力后，由于缝尖处应力集中，裂缝较易继续开展、延伸，从而导致结构的破坏。该类焊缝是不允许的。对于焊瘤缺陷，由于焊瘤刚度较大，其变形极小，将降低承受静荷载节点的极限承载力，应彻底清理干净。漏焊缺陷严重影响焊接质量，使母材工作性能降低，易出现漏焊处撕裂等现象。焊缝外观不规则是指焊缝表面（水纹状）不规则、焊缝偏离、药皮未清理等。焊缝气孔降低了焊缝的有效作用面积，使焊缝疏松，降低了焊缝强度，气孔处亦产生应力集中，在转向架构架焊接中是不允许的。焊缝夹渣与焊缝产生的气孔一样，易产生夹渣处应力集中，增大了裂纹产生可能性，危害较大，在焊接过程中，应该加以避免。
2 构架焊接热应力分析
CRH1型转向架构架由箱型结构梁组焊而成，各箱型结构梁在焊接过程中，焊缝附近最高温度可高达材料的沸点，而离开热源后温度急剧下降，由于局部受热不均匀的温度场，造成焊缝附近的内应力达到材料的屈服极限，从而导致受约束热变形和塑性变形，且不可避免的产生残余应力。在焊接温度升高时，局部金属会发生相变，亦导致产生相变应力[4]。因此研究焊接区域的热应力有重要意义。
2.1 焊接热应力分析
构架焊接工艺多采用T型焊和对接焊，下盖板和左右节点座之间的对接焊。下盖板和左右立板之间的T型接头。操作工人手工焊接侧梁体内部焊缝。接着组对3个下盖板，并进行组装点固焊，最后采用焊接机械手焊接侧梁体外焊缝。本文侧重于侧梁中部组装4个纵向长T焊缝（包含两端节点座处的弧焊缝）和两个横向对接焊焊缝进行分析。
2.2 分析模型建立
本文主要分析了正常焊缝、焊接裂纹、漏焊、焊缝外观不规则等4种工况，以下采用ANSYS对焊接裂纹工况进行简要分析。电脑配置为AMDA8-4500M（1.9GHz），2.74GB可用内存，软件ANSYS14.0。具体步骤如下：（1）建立构架三维模型，采用solidworks软件进行构建3D模型构建。构架整个侧梁组装焊接为反组对工艺，即在侧梁组装胎上先对上盖板与两个腹板及各内部筋板和加强板进行组装点固焊，焊后在焊接变形器上，由接T型角焊。（2进入ANSYS Workbench14.0进行热力学分析；首先进行热力学模型的搭建。solidworks模型中，A部分为模型的稳态热过程（Steady State Thermal），B为模型的瞬态热过程（Transient Thermal），C为模型的结构静力学分析（Static Structural）。（3）进行模型的Engineering Data设置，包含模型几何参数、材料性能参数以及所施加的边界条件，以供ANSYS软件进行热力学计算用，具体的Engineering Data材料属性设置。
2.3 构架焊接热应力分析
本文焊接接头材料选用16Mn，焊接单元在单位体积、单位时间上的热生成强度，材料的焊接最高温度为1700。C[4]。建立类模型并划分网格对该工件进行温度场分析，采用空冷冷却流体分析方法，经由稳态热分析→瞬态热分析→热应力分析得到CRH1型焊接构架稳态温度分布，其焊接自由变形及热应变分布。
3 构架焊接强度提高措施
通过对构架焊接变形及残余应力的热应力分析，以及构架焊接成型的特点，在实际焊接工艺中，构架焊接工艺要避免焊接缺陷的发生，一般应满足：（1）腹板和节点座处夹紧，并控制腹板与节点座位置间隙为2mm～3mm；（2）夹紧腹板，用压板上的凸台控制两腹板开档；（3）用卡兰拉紧两腹板斜线处，使腹板贴住节点座凸台。对构架抗疲劳设计，为了提高焊接构架的疲劳强度，应从根本上考虑，尽可能消除缺陷，调整焊接残余应力和减少应力集中。概括有以下3个方面：（1）从设计开始就尽可能做到接头设计合理，降低缺口效应；（2）加强制造、施工的质量管理，防止或减少焊接缺陷的产生；（3）必要的焊后改善措施，调整残余应力的分布，对构架运行过程进行状态检测，尤其是焊接部位的动态发展要高度关注。
结束语
在CRH系列转向架焊接工艺中，由于系统、人为操作等因素影响，焊接构架易出现如焊接裂纹、漏焊、焊缝外观不规则等缺陷，严重影响列车运行安全。本文选取了焊接裂纹、漏焊、焊缝外观不规则等缺陷与正常焊缝进行热应力对比分析，得出构架焊接缺陷处易产生应力集中，从而影响构架抗疲劳强度，影响转向架工作性能。基于焊接缺陷影响，本文从构架焊接工艺、结构设计、提高焊接构架的疲劳强度出发，提出了合理性的提高措施。
参考文献
[1] 袁博.高速动车组转向架关键部件性能分析[D].大连：大连交通大学，2012.
[2] 王蓉.转向架构架T型接头焊接温度场与应力场数值模拟分析[D].长春：吉林大学，2012.
[3] 余刚.钢制对接焊缝缺陷超声相控阵检测图像特征与识别[D].南昌：南昌航空大学，201.
[关键词]构架；焊接质量；类模型；缺陷分析
中图分类号：U270 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）20-0060-01
引言
转向架构架作为支撑铁路机车车辆的重要部件，一旦产生疲劳裂纹并在运行中扩展，会导致构架断裂事故。就目前运营的列车而言，转向架构架的裂纹几乎全是构架焊缝焊接不当引起的或强度设计不够而由焊缝产生的；疲劳裂纹主要从焊缝接头处产生，因此对于焊接构架质量检测尤为重要。
1 构架焊接缺陷分析
CRH系列转向架构架就是一个焊接件，其焊接工艺复杂，焊接过程中易出现构架焊接裂纹、焊瘤、漏焊、焊缝外观不规则、气孔、夹渣等缺陷。对于转向架构架焊接工况而言，焊接类型主要有T型焊、对接焊、弧焊等，本文选取对接焊和T型焊为研究对象。焊接缺陷影响分析如下。转向架构架上产生的裂纹，多为刚性裂纹，几乎全是由于焊接不当或强度设计不够而由焊缝产生的。当焊缝中存在裂缝类高危害性缺陷时，结构受力后，由于缝尖处应力集中，裂缝较易继续开展、延伸，从而导致结构的破坏。该类焊缝是不允许的。对于焊瘤缺陷，由于焊瘤刚度较大，其变形极小，将降低承受静荷载节点的极限承载力，应彻底清理干净。漏焊缺陷严重影响焊接质量，使母材工作性能降低，易出现漏焊处撕裂等现象。焊缝外观不规则是指焊缝表面（水纹状）不规则、焊缝偏离、药皮未清理等。焊缝气孔降低了焊缝的有效作用面积，使焊缝疏松，降低了焊缝强度，气孔处亦产生应力集中，在转向架构架焊接中是不允许的。焊缝夹渣与焊缝产生的气孔一样，易产生夹渣处应力集中，增大了裂纹产生可能性，危害较大，在焊接过程中，应该加以避免。
2 构架焊接热应力分析
CRH1型转向架构架由箱型结构梁组焊而成，各箱型结构梁在焊接过程中，焊缝附近最高温度可高达材料的沸点，而离开热源后温度急剧下降，由于局部受热不均匀的温度场，造成焊缝附近的内应力达到材料的屈服极限，从而导致受约束热变形和塑性变形，且不可避免的产生残余应力。在焊接温度升高时，局部金属会发生相变，亦导致产生相变应力[4]。因此研究焊接区域的热应力有重要意义。
2.1 焊接热应力分析
构架焊接工艺多采用T型焊和对接焊，下盖板和左右节点座之间的对接焊。下盖板和左右立板之间的T型接头。操作工人手工焊接侧梁体内部焊缝。接着组对3个下盖板，并进行组装点固焊，最后采用焊接机械手焊接侧梁体外焊缝。本文侧重于侧梁中部组装4个纵向长T焊缝（包含两端节点座处的弧焊缝）和两个横向对接焊焊缝进行分析。
2.2 分析模型建立
本文主要分析了正常焊缝、焊接裂纹、漏焊、焊缝外观不规则等4种工况，以下采用ANSYS对焊接裂纹工况进行简要分析。电脑配置为AMDA8-4500M（1.9GHz），2.74GB可用内存，软件ANSYS14.0。具体步骤如下：（1）建立构架三维模型，采用solidworks软件进行构建3D模型构建。构架整个侧梁组装焊接为反组对工艺，即在侧梁组装胎上先对上盖板与两个腹板及各内部筋板和加强板进行组装点固焊，焊后在焊接变形器上，由接T型角焊。（2进入ANSYS Workbench14.0进行热力学分析；首先进行热力学模型的搭建。solidworks模型中，A部分为模型的稳态热过程（Steady State Thermal），B为模型的瞬态热过程（Transient Thermal），C为模型的结构静力学分析（Static Structural）。（3）进行模型的Engineering Data设置，包含模型几何参数、材料性能参数以及所施加的边界条件，以供ANSYS软件进行热力学计算用，具体的Engineering Data材料属性设置。
2.3 构架焊接热应力分析
本文焊接接头材料选用16Mn，焊接单元在单位体积、单位时间上的热生成强度，材料的焊接最高温度为1700。C[4]。建立类模型并划分网格对该工件进行温度场分析，采用空冷冷却流体分析方法，经由稳态热分析→瞬态热分析→热应力分析得到CRH1型焊接构架稳态温度分布，其焊接自由变形及热应变分布。
3 构架焊接强度提高措施
通过对构架焊接变形及残余应力的热应力分析，以及构架焊接成型的特点，在实际焊接工艺中，构架焊接工艺要避免焊接缺陷的发生，一般应满足：（1）腹板和节点座处夹紧，并控制腹板与节点座位置间隙为2mm～3mm；（2）夹紧腹板，用压板上的凸台控制两腹板开档；（3）用卡兰拉紧两腹板斜线处，使腹板贴住节点座凸台。对构架抗疲劳设计，为了提高焊接构架的疲劳强度，应从根本上考虑，尽可能消除缺陷，调整焊接残余应力和减少应力集中。概括有以下3个方面：（1）从设计开始就尽可能做到接头设计合理，降低缺口效应；（2）加强制造、施工的质量管理，防止或减少焊接缺陷的产生；（3）必要的焊后改善措施，调整残余应力的分布，对构架运行过程进行状态检测，尤其是焊接部位的动态发展要高度关注。
结束语
在CRH系列转向架焊接工艺中，由于系统、人为操作等因素影响，焊接构架易出现如焊接裂纹、漏焊、焊缝外观不规则等缺陷，严重影响列车运行安全。本文选取了焊接裂纹、漏焊、焊缝外观不规则等缺陷与正常焊缝进行热应力对比分析，得出构架焊接缺陷处易产生应力集中，从而影响构架抗疲劳强度，影响转向架工作性能。基于焊接缺陷影响，本文从构架焊接工艺、结构设计、提高焊接构架的疲劳强度出发，提出了合理性的提高措施。
参考文献
[1] 袁博.高速动车组转向架关键部件性能分析[D].大连：大连交通大学，2012.
[2] 王蓉.转向架构架T型接头焊接温度场与应力场数值模拟分析[D].长春：吉林大学，2012.
[3] 余刚.钢制对接焊缝缺陷超声相控阵检测图像特征与识别[D].南昌：南昌航空大学，201.