摘要：铁路货车的焊接构架、摇枕是转向架的关键部件，而其结构对车辆的运行安全产生着非常重要的影响。但国内铁道车辆行业对转向架焊接钢结构的研究缺乏，所以进行转向架焊接疲劳强度的研究就十分重要。其中焊缝应力集中是焊接转向架最为主要的问题，这对焊接构件的疲劳性能有着直接的影响。本文就对焊接构件的接头进行TIG重熔焊接工艺试验，从而研究该工艺对焊接头疲劳性能的影响。
关键词：铁路货车；焊接转向架；焊缝疲劳强度
铁路货车所使用的转向架为铸钢件，而随着其发展，轻量化的转向架得以应用。但转向架的焊缝存在一定的问题，主要是焊缝应力集中，其直接对焊接构件的疲劳性能和可靠性能产生了影响。焊脚处的应力非常集中，这也造成该位置焊缝疲劳强度低，属于焊接构件承载能力的弱点。当前已经有应对焊缝疲劳强度弱的方法，通过一些技术来提升疲劳强度。其需要对焊缝进行打磨、加工。但这些技术存在一定的缺点，花费较高，而且效率低。其中TIG重铸技术能够不加焊丝将焊脚进行重铸，这样焊缝和母材圆滑过渡，增加了焊缝的疲劳度。
1.实验材料及方法
试验所采用的材质为常用材料，其多用于转向架的焊接，即材料Q345B，其规格为150mm X 350mm X 12mm[1]。采用MAG气体保护焊进行试板的焊接，采用钨极氩弧焊进行TIG重熔。MAG气体保护焊选用的焊丝ER50 - 6，保护气体为五分之四的氩气和五分之一的二氧化碳，规格为1.2mm。钨极氩弧焊采用焊丝H08A，保护气体则是百分之百的氩气，规格为2.5mm。焊缝的焊接所采用的接头形式为开V形坡口双面焊，其角接接头采用两种接头，一种为不开坡口，另一种则为开坡口。简化形式如图1所示。
图 1 焊缝接头简化形式
其焊缝对接接头与角接接头采用了MAG气体保护焊、TIG重熔工艺[2]。对于MAG气体保护焊，接头形式为对接接头，其焊缝分层为四层，第一层采用了160A的焊接电流，23V的电弧电压，焊接的速度为210mm/min。第二层采用了230A的焊接电流，电弧电压为25V，其焊接速度为235mm/min。第三层也采用了230A的焊接电流，电弧电压为26V，焊接速度为160mm/min。第四层同样采用230A的焊接电流，26V电弧电压，但其焊接速度为530mm/min。这四层组装间隙为2mm，坡口钝边为1mm。接头形式为角接接头，其焊接电流为280A，电弧电压为30V，焊接速度为420mm/min。接头形式为开坡口角接接头对应3层焊缝分层，第一层焊接电流为150A，电弧电压为18V，其焊接速度为150mm/min。第二层焊接电流为280A，电弧电压为30V，焊接速度达到500mm/min。最后一层也采用280A的焊接电流，但电弧电压为32V，其焊接速度为450mm/min。这三层组装间隙都为1mm，坡口钝边都为2mm。TIG焊焊接参数为210A焊接电流、25V焊接电压、230mm/min焊接速度、15L/min的气体流量。
2.疲劳试验
2.1 对接接头疲劳试验
本试验采用三种方式来对比TIG重熔工艺对焊缝疲劳性能的影响，这三种方式都经MAG焊接，第一种方式不对焊缝进行处理。第二种方式为对焊缝焊脚进行TIG重熔。第三种方式为采用砂轮磨平焊缝。通过对这三种处理方式的对接接头进行疲劳试验可得出对接接头的疲劳影响程度[3]。其中MAG焊后焊脚TIG重熔的情况是疲劳裂纹都起始于TIG重熔焊缝的焊脚。这样可得到不做处理的焊缝疲劳度低，而且疲劳裂纹都从焊脚处开始。焊缝磨平的方式所得到的焊缝疲劳极限最高，其接近于Q345B材料的屈服点。具体结果见表1.
表 1 对接接头疲劳试验结果
根据表1能够得出，焊脚经过TIG重熔，能够大幅提升焊缝的疲劳极限。将焊缝磨平能够使焊缝的疲劳极限达到母材的屈服强度。其主要原因在于TIG重熔改变了焊缝的形状，而且能够使焊缝平滑，但其没有将焊缝应力集中的问题处理，这只是将该问题进行了改善。而且TIG重熔焊缝虽然能够使焊缝外观平整光滑，但实际上其存在咬边、夹渣等缺陷，而这些缺陷都能够造成疲劳裂纹。这样就会降低疲劳强度。这些缺陷也都存在一定的随机性，最终导致疲劳数据的分散性。而焊缝磨平后能够消除焊缝表面缺陷、焊缝形状引起的应力集中，这样其疲劳强度和母材能够达到相同的状态。
2.2 不开坡口角接接头疲劳试验
该试验在经过MAG焊后对不开口角接接头进行疲劳试验，首先是不对焊缝做任何处理，然后是对焊脚部位进行TIG重熔。第一种方式与第二种方式都从焊缝的根部出现疲劳裂纹，其疲劳极限如表2。
表 2 不开坡口角接接头疲劳试验结果
从该表中能够看出TIG重熔并未提高多少焊缝疲劳极限，其主要原因在于角焊缝疲劳裂纹可能产生在焊脚处也可能产生在焊根处。这样若焊脚根部未焊接完全就会使焊接存在间隙，从而极易产生疲劳裂纹。所以对角焊接焊脚部位TIG重熔并未对焊缝疲劳极限产生太大的影响。
2.3 开坡口角接接头疲劳试验
该试验也采用了两种处理方式，即经过MAG焊后进行开坡口角接接头疲劳试验。第一种方式不对焊缝做任何处理，而第二种方式则在其焊脚部位进行TIG重熔。这两种方式与不开坡口试验类似，其都从焊缝根部出现疲劳裂缝。极限见表3。
表 3 开坡口角接接头疲劳试验结果
根据结果可得，TIG重熔提升了开坡口角接接头的疲劳极限。其主要与焊接程度有关，角接接头焊缝的根部焊接充分，疲劳裂纹的开始位置在焊脚处。这样经过TIG重熔改变了焊缝的形状，还将应力集中的问题进行了改善，从而提升了疲劳强度。
结束语
铁路货车转向架焊缝疲劳强度可采用TIG重熔的方法，这样能够将焊缝应力集中的问题进行改善。另外，在进行焊缝的处理时，应当将焊缝进行打磨，这样能够提升焊缝的疲劳强度。还有就是，焊接时要充分焊接，这样再进行TIG重熔才能够起到应有的效果。
参考文献：
[1]周张义，黄运华，杨阳，et al.基于结构应力的转向架构架焊缝疲劳强度研究[J].西南交通大学学报，2018，53（05）：63-70.
[2]吕宗敏，何柏林，于影霞.超声冲击对高速列车转向架焊接十字接头超高周疲劳性能的影响[J].材料导报，2017（20）：80-84.
[3]杜洪军，李成林，王宇.轨道车辆转向架构架技术研究[J].中国战略新兴产业，2017（12）：145.
论文作者:孙进发,冯自立,孙伟,魏志欣,梁赛
论文发表刊物:《基层建设》2019年第10期
论文发表时间:2019/7/24
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