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[摘 要]本文利用振动试验和有限元分析谐机机车用扫石器支撑管设计的合理性，利用焊缝金相分析谐机机车用扫石器支撑管的焊接工艺，以达到优化机车用扫石器支撑管设计方案和制造工艺。最终保证谐机机车扫石器支撑管产品满足客户使用需求。
[关键词]扫石器支撑管 焊缝 金相 有限元
中图分类号：TP02 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）19-0276-02
一、和谐机车用的扫石器支撑管简介
和谐机车用扫石器支撑管距轨面距离60～100mm，主要用于支撑撒纱管用于机车撒砂作用。和谐机车用扫石器支撑管作为转向架上的悬挂部件，在机车运行过程中由于受到各个方向的振动，在运行过程中发生刚性断裂很容易造成安全隐患。所以，针对此类结构件，在设计之初和生产制造过程中充分考虑到各方面的影响因素，将风险系数降低到最低，以满足我国重载机车高速运行的需求。针对和谐机车用扫石器支撑管结构设计和制造工艺改进，对此问题进行深入探讨和研究，以总结出和谐机车用扫石器支撑管的一些注意问题。
二、机车用扫石器支撑管设计方案
1、焊接结构设计
见表1。
2、有限元分析
针对以上五种结构类型采用有限元进行求解后，提取各种支撑管
在计算载荷下的等效应力图（局部放大）、综合变形云图， 通过对上述5种方案进行分析计算后，最大综合变形发生在扫石器支撑管钢板的 边缘处，且最大等效应力均在25MPa以下，远远小于原材料的屈服强度，见表2。
3、振动试验
针对以上五种结构类型的扫石器支撑管进行振动试验，为使振动试验更能接近实际运行的效果，试验中还增加设计了配重块， 并对其装配位置进行了模拟找点。为使5种支撑管处在同一受振环境中，试验时将其全部装在同一个振动试验架中，同时，为使振动试验结果更具普遍性，试验时对每一种支撑管都选取2件作为试验对象。
根据 GB/T21353 轨道交通 机车车辆设备冲击与振动试验标准要
求，结合该部件的装车部位（安装转向架上），对支撑管的振动试验的振动频率按 2 类执行，振动加速度为垂向 42.5m/s2，横向 37 m/s2，纵向 20 m/s2，振动时间各为 5 小时。但由于本振动设备无法产生如此大的加速度，故本次振动试验采用设备的上限值：12 m/s2。此外，要求每次轴向振动完毕后对其进行 PT 探伤检查是否产生裂纹。
在对各支撑管经过三个轴向的振动试验后，经PT 探伤检查，其
焊缝位置均无裂纹产生。
4、根据以上试验证明，方案二（圆管+铸件型）扫石器支撑管实际最合理有效。
三、和谐机车用的扫石器支撑管（方案二结构类型）的制造工艺优化
1、扫石器支撑管制造工艺优化
扫石器支撑管上的焊缝为环焊缝，人工焊接角度需不断变化，这对焊工的技能水平要求较高。针对此问题，制作专门的变位机变位机进行焊接，避免人工焊接复杂的操纵，变为简易的单方向单位置的焊接。同时，采用机器手进行焊接避免人工焊接的不确定因素，有效避免焊缝的缺陷，最大限度的降低焊缝的应力缺口，从而远远降低扫石器支撑管在运行过程中在焊缝位置断裂的可能性。
2、焊接工艺优化后的焊缝金相
2.1、针对发生断裂的扫石器支撑管金相分析
针对发生断裂的两根扫石器支撑管焊缝（采用CO2气体保护焊焊接）进行金相分析，每根扫石器支撑管采取1/4进行截取，分别对四个焊缝截面进行金相试验，试验情况如表3。
通過扫石器支撑管焊缝断口宏观照片和焊缝宏观金相照片，从上述图中可以看出，焊缝熔深要求达到图纸的7V要求，且熔焊到了焊接垫板上，证明焊缝是合格的。
2.2、未发生断裂的扫石器支撑管焊缝金相
针对扫石支撑管，现场随机抽取2根，并对该处环焊缝做破坏性宏观金相试验，焊接质量完全满足要求。每根扫石器支撑管采取1/4进行截取，分别对四个焊缝截面进行金相试验（采用CO2气体保护焊焊接），试验情况具体见表4。
因此，通过以上分析对比，扫石器支撑管焊缝宏观金相分析，扫石器支撑管支撑管与铸件支座的环焊缝完全熔透，没有发现焊接缺陷。
2.3、通过断裂和未断裂的扫石器支撑管金相试验，撑管与铸件支座的环焊缝完全熔透，没有发现焊接缺陷，此类型结构的扫石器支撑管焊缝的制造过程是完全满足要求的。
四、结论和建议
本文通过对和谐机车扫石器支撑管的设计结构进行分析，有限元、振动试验结果表明圆管和铸件进行焊接为最合理的设计方案；通过对和谐机车扫石器支撑管的制造工艺进行优化 ，表明采取智能化焊接操作能够长期有效保证产品质量的稳定性和一致性。
参考文献
[1]彭友禄，《焊接工艺》，人民交通出版社，2002年版.
[2]赵熹华，《焊接检验》，：机械工业出版社，1992年版.
[3]关振群，宋超，顾元贤.基于特征的自适应有限元网格自动生成[J].计算机辅助十二级与图形学学报，2003年15（1）.
[关键词]扫石器支撑管 焊缝 金相 有限元
中图分类号：TP02 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）19-0276-02
一、和谐机车用的扫石器支撑管简介
和谐机车用扫石器支撑管距轨面距离60～100mm，主要用于支撑撒纱管用于机车撒砂作用。和谐机车用扫石器支撑管作为转向架上的悬挂部件，在机车运行过程中由于受到各个方向的振动，在运行过程中发生刚性断裂很容易造成安全隐患。所以，针对此类结构件，在设计之初和生产制造过程中充分考虑到各方面的影响因素，将风险系数降低到最低，以满足我国重载机车高速运行的需求。针对和谐机车用扫石器支撑管结构设计和制造工艺改进，对此问题进行深入探讨和研究，以总结出和谐机车用扫石器支撑管的一些注意问题。
二、机车用扫石器支撑管设计方案
1、焊接结构设计
见表1。
2、有限元分析
针对以上五种结构类型采用有限元进行求解后，提取各种支撑管
在计算载荷下的等效应力图（局部放大）、综合变形云图， 通过对上述5种方案进行分析计算后，最大综合变形发生在扫石器支撑管钢板的 边缘处，且最大等效应力均在25MPa以下，远远小于原材料的屈服强度，见表2。
3、振动试验
针对以上五种结构类型的扫石器支撑管进行振动试验，为使振动试验更能接近实际运行的效果，试验中还增加设计了配重块， 并对其装配位置进行了模拟找点。为使5种支撑管处在同一受振环境中，试验时将其全部装在同一个振动试验架中，同时，为使振动试验结果更具普遍性，试验时对每一种支撑管都选取2件作为试验对象。
根据 GB/T21353 轨道交通 机车车辆设备冲击与振动试验标准要
求，结合该部件的装车部位（安装转向架上），对支撑管的振动试验的振动频率按 2 类执行，振动加速度为垂向 42.5m/s2，横向 37 m/s2，纵向 20 m/s2，振动时间各为 5 小时。但由于本振动设备无法产生如此大的加速度，故本次振动试验采用设备的上限值：12 m/s2。此外，要求每次轴向振动完毕后对其进行 PT 探伤检查是否产生裂纹。
在对各支撑管经过三个轴向的振动试验后，经PT 探伤检查，其
焊缝位置均无裂纹产生。
4、根据以上试验证明，方案二（圆管+铸件型）扫石器支撑管实际最合理有效。
三、和谐机车用的扫石器支撑管（方案二结构类型）的制造工艺优化
1、扫石器支撑管制造工艺优化
扫石器支撑管上的焊缝为环焊缝，人工焊接角度需不断变化，这对焊工的技能水平要求较高。针对此问题，制作专门的变位机变位机进行焊接，避免人工焊接复杂的操纵，变为简易的单方向单位置的焊接。同时，采用机器手进行焊接避免人工焊接的不确定因素，有效避免焊缝的缺陷，最大限度的降低焊缝的应力缺口，从而远远降低扫石器支撑管在运行过程中在焊缝位置断裂的可能性。
2、焊接工艺优化后的焊缝金相
2.1、针对发生断裂的扫石器支撑管金相分析
针对发生断裂的两根扫石器支撑管焊缝（采用CO2气体保护焊焊接）进行金相分析，每根扫石器支撑管采取1/4进行截取，分别对四个焊缝截面进行金相试验，试验情况如表3。
通過扫石器支撑管焊缝断口宏观照片和焊缝宏观金相照片，从上述图中可以看出，焊缝熔深要求达到图纸的7V要求，且熔焊到了焊接垫板上，证明焊缝是合格的。
2.2、未发生断裂的扫石器支撑管焊缝金相
针对扫石支撑管，现场随机抽取2根，并对该处环焊缝做破坏性宏观金相试验，焊接质量完全满足要求。每根扫石器支撑管采取1/4进行截取，分别对四个焊缝截面进行金相试验（采用CO2气体保护焊焊接），试验情况具体见表4。
因此，通过以上分析对比，扫石器支撑管焊缝宏观金相分析，扫石器支撑管支撑管与铸件支座的环焊缝完全熔透，没有发现焊接缺陷。
2.3、通过断裂和未断裂的扫石器支撑管金相试验，撑管与铸件支座的环焊缝完全熔透，没有发现焊接缺陷，此类型结构的扫石器支撑管焊缝的制造过程是完全满足要求的。
四、结论和建议
本文通过对和谐机车扫石器支撑管的设计结构进行分析，有限元、振动试验结果表明圆管和铸件进行焊接为最合理的设计方案；通过对和谐机车扫石器支撑管的制造工艺进行优化 ，表明采取智能化焊接操作能够长期有效保证产品质量的稳定性和一致性。
参考文献
[1]彭友禄，《焊接工艺》，人民交通出版社，2002年版.
[2]赵熹华，《焊接检验》，：机械工业出版社，1992年版.
[3]关振群，宋超，顾元贤.基于特征的自适应有限元网格自动生成[J].计算机辅助十二级与图形学学报，2003年15（1）.