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[摘 要]随着高铁事业的大力发展，轨道客车渐渐成了我们生产生活中必不可少的一部分，而转向架又是轨道车辆的组成部分，转向架技术是轨道客车核心技术之一。轨道车辆能够跑多快、多稳、多安全、多舒适都取决于转向架的技术，可见转向架在轨道车辆中的重要性。转向架构架主要由横梁、侧梁、摇枕等部件组成，构架整体及其主要部件均为焊接结构，其焊接质量好坏直接影响着轨道车辆的运行安全。基于此，本文对焊接缺陷对转向架强度影响进行了简要的分析，以供参考。
[关键词]焊接缺陷；转向架强度；影响
中图分类号：TG441 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）18-0056-01
0 引言
随着轨道车辆的深入发展，轨道车辆的转向架也在不断更新，转向架的焊接质量标准也越来越高，在实际的焊接生产工作中，由于受到各种因素影响，焊接过程中往往出现一些缺陷问题影响焊接质量，这就需要我们对其原因全面分析。
1 转向架二氧化碳气体保护焊应用特点
转向架焊接主要采用二氧化碳气体保护焊。二氧化碳气体保护焊是以二氧化碳气作为焊缝熔池的保护气体，进行焊接的方法。（有时采用二氧化碳气体和氩气的混合气体）。二氧化碳气体生产成本低，且易于生产，在生产应用中，其操作简单，生产效率高，焊接质量好且焊缝成型美观，适用于半自动，全自动，全位置焊接，适用广泛。因此这种焊接方法目前已成为各企业焊接黑色金属最重要焊接方法之一。
2 焊接缺陷对转向架强度的影响
2.1 构架有限元模型
由于该转向架构架主要由薄板组焊而成，所以在离散时主要采用空间弯曲板壳单元离散，而牵引拉杆座和定位转臂座等由锻造加工而成的实体结构，在离散时采用三维实体单元。为了增加计算精度，壳单元采用四边形4节点等参元，局部采用三角形单元进行过渡，实体单元则采用六面体8节点实体等参元。
2.2 刚度计算工况分析结果
在垂向超常载荷作用下，构架侧梁下盖板中心线相对两轴箱弹簧支承点中间处的最大垂向挠度为2.459mm，变形相对较小，刚度分布均匀。
2.3 静强度分析结果
在超常载荷作用下，工况1的最大当量应力值为222.1MPa，出现在牵引拉杆座上过渡圆弧处；工况2的最大当量应力值为222.8MPa，出现在横向止挡座与侧梁间的连接立板上；工况3的最大当量应力值为283.8MPa，出现在转臂座上过渡圆弧处。在超常载荷工况作用下，构架上各节点的最大当量应力值均小于材料的许用应力345MPa。同时，在模拟运营载荷作用下，焊缝区最大当量应力值为183.7MPa，出现在定位转臂座与侧梁下盖板焊缝连接处，小于材料焊缝区许用应力209MPa；母材区的最大当量应力值为211.6MPa，出现在定位转臂座立板圆弧区域，小于材料母材区許用应力230MPa。由计算结果可以看出，在模拟运营载荷工况下，无论焊缝区和母材区，各个载荷工况作用下构架的最大当量应力值均未超出模拟运营载荷工况下静强度许用应力值，满足强度使用要求。
2.4 疲劳强度分析结果
疲劳强度计算结果显示构架横梁与侧梁内立板的焊接区域应力因数为0.78，应力等级较高，建议在此部位增加补强。经过反复验证最终确定，通过在侧梁内外两侧立板内侧补焊8mm后的加强垫板，改进后此部位疲劳因数仅为0.49，应力等级大大提高。通过以上计算分析，并做了相应的结构优化之后，基本得出如下结论：（1）转向架构架在垂向超常载荷作用下的垂向最大变形量出现在构架侧梁下盖板中心线处，其相对两轴箱弹簧支承点中间处的最大垂向挠度为2.459mm，变形相对较小，刚度分布均匀；（2）在超常载荷作用下，转向架构架在不同组合工况下的最大应力为283.8MPa，小于材料的非焊缝区345MPa，满足强度设计要求；（3）构架横梁与侧梁内立板的焊接区域应力因数为0.78，应力等级较高，经优化后此部位疲劳因数仅为0.49，应力等级大大提高，因此满足其强度设计要求。
3 转向架焊接常见焊接质量问题解决方法
3.1 咬边
原因：焊接规范匹配不合理、焊接电压太大、运枪过快，焊枪角度不正确，焊缝位置不理想。危害：机械性能降低，应力集中会产生严重的后果。
3.2 未填满
原因：焊接速度过快，热量过高，焊缝金属填充量少。危害：焊缝横截面积变小，机械性能降低；
3.3 烧穿原因
焊接规范匹配不合理、焊缝热量过高、坡口组对间隙大、坡口钝边太小、焊接速度过慢。危害：表面成型不美观，常常伴有有气孔、等缺馅。
3.4 焊瘤
原因：焊接规范匹配不合理；焊缝热量过高、坡口组对间隙大、坡口钝边太小、焊接速度过慢。危害：机械性能降低，应力集中会产生严重的后果。
3.5 气孔
原因：气体纯度未达标，气体保护不到位、气体流量不住，焊丝伸出过长、焊接区域有水锈油污等杂质。危害：焊缝不美观，焊缝质量差，严重影响焊缝的机械性能。
3.6 未焊透
原因：焊接规范过小，焊件组对间隙过小，焊件钝边过大；危害：机械性能降低，容易引起裂纹的产生。
3.7 焊接变形
按照传统工艺顺序逐层逐道焊接，能够有效地控制焊接变形。然而试验表明，传统焊接工艺已不适用于这种半箱体的结构，手工焊的焊接变形超出10-12mm，使得止挡座的扭曲和弯曲变形均无法控制。经过多方面的分析以及试验，采用自动焊进行非常规、不对称焊，先对变形大的一侧进行打底焊，然后焊接另一侧变形较小的角焊缝，再在另一侧进行填充、盖面焊，背面的焊缝已经成形，使得两侧焊接应力互相抵消，焊接变形得以控制，最终弯曲变形控制在0-2mm内，完全符合工艺要求。
在同一个圆弧中坡口角度和宽度差别非常明显，而且由于侧立板也为压型件，两部分拼焊在一起时形成了不同的焊接位置，前部分为横焊位置PC，中间部分为平焊位置PA，下部分为立焊位置PG，这种焊接位置在焊接工艺上是不允许的。现在，采用机器人变位机和焊枪的同步协调运动就可以解决这一难题，时时变换工件的位置，使得焊接的每个位置都处于平焊位置，进行船形位置焊接，即能符合工艺要求。
焊件坡口尺寸不一致的问题通过采用逐变式焊接法解决。在不规则焊缝上分组，尺寸相似的焊缝为1组，截取每组焊缝位置的点码信息进行编辑，给每组设定特定的焊接工艺参数，这样编辑程序时根据合理的顺序编辑，就很好地解决了这一焊接难题。
结束语
总而言之，通过实例计算分析得出优化结果，确保了在设计中转向架构架结构的疲劳强度满足的要求，对火车转向架构架的设计具有一定的指导意义。
参考文献
[1] 刘张亮.基于神经网络的射线照相技术在焊接缺陷自动化检测中的应用[J].电焊机，2015，45（09）：145-148.
[2] 孙来.城轨客车牵引梁焊接缺陷仿真研究[J].装备制造技术，2015（03）：44-47.
[3] 刘曦.含焊接缺陷构件的疲劳试验研究[J].化工机械，2012，39（02）：162-164.
[4] 郑虹.焊接缺陷对结构强度的影响[J].中国设备工程，2002（05）：22-23.
[5] 周伟，王承训.焊接缺陷自动识别系统的研究和应用[J].焊接学报，1992（01）：45-50.
[关键词]焊接缺陷；转向架强度；影响
中图分类号：TG441 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）18-0056-01
0 引言
随着轨道车辆的深入发展，轨道车辆的转向架也在不断更新，转向架的焊接质量标准也越来越高，在实际的焊接生产工作中，由于受到各种因素影响，焊接过程中往往出现一些缺陷问题影响焊接质量，这就需要我们对其原因全面分析。
1 转向架二氧化碳气体保护焊应用特点
转向架焊接主要采用二氧化碳气体保护焊。二氧化碳气体保护焊是以二氧化碳气作为焊缝熔池的保护气体，进行焊接的方法。（有时采用二氧化碳气体和氩气的混合气体）。二氧化碳气体生产成本低，且易于生产，在生产应用中，其操作简单，生产效率高，焊接质量好且焊缝成型美观，适用于半自动，全自动，全位置焊接，适用广泛。因此这种焊接方法目前已成为各企业焊接黑色金属最重要焊接方法之一。
2 焊接缺陷对转向架强度的影响
2.1 构架有限元模型
由于该转向架构架主要由薄板组焊而成，所以在离散时主要采用空间弯曲板壳单元离散，而牵引拉杆座和定位转臂座等由锻造加工而成的实体结构，在离散时采用三维实体单元。为了增加计算精度，壳单元采用四边形4节点等参元，局部采用三角形单元进行过渡，实体单元则采用六面体8节点实体等参元。
2.2 刚度计算工况分析结果
在垂向超常载荷作用下，构架侧梁下盖板中心线相对两轴箱弹簧支承点中间处的最大垂向挠度为2.459mm，变形相对较小，刚度分布均匀。
2.3 静强度分析结果
在超常载荷作用下，工况1的最大当量应力值为222.1MPa，出现在牵引拉杆座上过渡圆弧处；工况2的最大当量应力值为222.8MPa，出现在横向止挡座与侧梁间的连接立板上；工况3的最大当量应力值为283.8MPa，出现在转臂座上过渡圆弧处。在超常载荷工况作用下，构架上各节点的最大当量应力值均小于材料的许用应力345MPa。同时，在模拟运营载荷作用下，焊缝区最大当量应力值为183.7MPa，出现在定位转臂座与侧梁下盖板焊缝连接处，小于材料焊缝区许用应力209MPa；母材区的最大当量应力值为211.6MPa，出现在定位转臂座立板圆弧区域，小于材料母材区許用应力230MPa。由计算结果可以看出，在模拟运营载荷工况下，无论焊缝区和母材区，各个载荷工况作用下构架的最大当量应力值均未超出模拟运营载荷工况下静强度许用应力值，满足强度使用要求。
2.4 疲劳强度分析结果
疲劳强度计算结果显示构架横梁与侧梁内立板的焊接区域应力因数为0.78，应力等级较高，建议在此部位增加补强。经过反复验证最终确定，通过在侧梁内外两侧立板内侧补焊8mm后的加强垫板，改进后此部位疲劳因数仅为0.49，应力等级大大提高。通过以上计算分析，并做了相应的结构优化之后，基本得出如下结论：（1）转向架构架在垂向超常载荷作用下的垂向最大变形量出现在构架侧梁下盖板中心线处，其相对两轴箱弹簧支承点中间处的最大垂向挠度为2.459mm，变形相对较小，刚度分布均匀；（2）在超常载荷作用下，转向架构架在不同组合工况下的最大应力为283.8MPa，小于材料的非焊缝区345MPa，满足强度设计要求；（3）构架横梁与侧梁内立板的焊接区域应力因数为0.78，应力等级较高，经优化后此部位疲劳因数仅为0.49，应力等级大大提高，因此满足其强度设计要求。
3 转向架焊接常见焊接质量问题解决方法
3.1 咬边
原因：焊接规范匹配不合理、焊接电压太大、运枪过快，焊枪角度不正确，焊缝位置不理想。危害：机械性能降低，应力集中会产生严重的后果。
3.2 未填满
原因：焊接速度过快，热量过高，焊缝金属填充量少。危害：焊缝横截面积变小，机械性能降低；
3.3 烧穿原因
焊接规范匹配不合理、焊缝热量过高、坡口组对间隙大、坡口钝边太小、焊接速度过慢。危害：表面成型不美观，常常伴有有气孔、等缺馅。
3.4 焊瘤
原因：焊接规范匹配不合理；焊缝热量过高、坡口组对间隙大、坡口钝边太小、焊接速度过慢。危害：机械性能降低，应力集中会产生严重的后果。
3.5 气孔
原因：气体纯度未达标，气体保护不到位、气体流量不住，焊丝伸出过长、焊接区域有水锈油污等杂质。危害：焊缝不美观，焊缝质量差，严重影响焊缝的机械性能。
3.6 未焊透
原因：焊接规范过小，焊件组对间隙过小，焊件钝边过大；危害：机械性能降低，容易引起裂纹的产生。
3.7 焊接变形
按照传统工艺顺序逐层逐道焊接，能够有效地控制焊接变形。然而试验表明，传统焊接工艺已不适用于这种半箱体的结构，手工焊的焊接变形超出10-12mm，使得止挡座的扭曲和弯曲变形均无法控制。经过多方面的分析以及试验，采用自动焊进行非常规、不对称焊，先对变形大的一侧进行打底焊，然后焊接另一侧变形较小的角焊缝，再在另一侧进行填充、盖面焊，背面的焊缝已经成形，使得两侧焊接应力互相抵消，焊接变形得以控制，最终弯曲变形控制在0-2mm内，完全符合工艺要求。
在同一个圆弧中坡口角度和宽度差别非常明显，而且由于侧立板也为压型件，两部分拼焊在一起时形成了不同的焊接位置，前部分为横焊位置PC，中间部分为平焊位置PA，下部分为立焊位置PG，这种焊接位置在焊接工艺上是不允许的。现在，采用机器人变位机和焊枪的同步协调运动就可以解决这一难题，时时变换工件的位置，使得焊接的每个位置都处于平焊位置，进行船形位置焊接，即能符合工艺要求。
焊件坡口尺寸不一致的问题通过采用逐变式焊接法解决。在不规则焊缝上分组，尺寸相似的焊缝为1组，截取每组焊缝位置的点码信息进行编辑，给每组设定特定的焊接工艺参数，这样编辑程序时根据合理的顺序编辑，就很好地解决了这一焊接难题。
结束语
总而言之，通过实例计算分析得出优化结果，确保了在设计中转向架构架结构的疲劳强度满足的要求，对火车转向架构架的设计具有一定的指导意义。
参考文献
[1] 刘张亮.基于神经网络的射线照相技术在焊接缺陷自动化检测中的应用[J].电焊机，2015，45（09）：145-148.
[2] 孙来.城轨客车牵引梁焊接缺陷仿真研究[J].装备制造技术，2015（03）：44-47.
[3] 刘曦.含焊接缺陷构件的疲劳试验研究[J].化工机械，2012，39（02）：162-164.
[4] 郑虹.焊接缺陷对结构强度的影响[J].中国设备工程，2002（05）：22-23.
[5] 周伟，王承训.焊接缺陷自动识别系统的研究和应用[J].焊接学报，1992（01）：45-50.