地铁列车转向架架构的失效分析论文_李延林,苑师铭,赵克楠,王凯风,徐鹏

摘要：地铁隧道作为城市化建设的重要标志性建筑之一，在缓解城市道路压力、推动区域经济进一步发展中发挥了重要性作用，而近年来随着城乡一体化建设进程的不断加快，国产地铁车辆的应用量也在持续增加，但与此同时在运行过程中，因为钩缓装置开裂而导致的交通安全事故问题发生率也呈直线上升趋势。鉴于此，本文主要剖析了钩缓装置开裂失效的原因，以此为车辆的安全运行奠定良好基础。

关键词：国产地铁车辆；钩缓装置；可靠性研究

引言：随着社会主义市场经济的快速化发展，为缓解当前城市交通运输压力，在市政工程施工过程中加快隧道工程建设，是现阶段城市规划设计作业的重中之重。国产地铁车辆是现阶段我国地铁隧道工程的主要交通工具，其转向架构架由ST52-3钢板焊接而成，在车辆行驶过程中极易发生钩缓装置开裂问题，最终导致了一系列其它问题的发生，为此对国产地铁车辆钩缓装置开裂问题进行系统化剖析是十分必要的。

一、国产地铁车辆钩缓装置失效原因剖析

（一）宏观外貌

图1.裂纹位置（构架倒置）

作为地铁列车的重要构件之一，转向架构架是由不同尺寸的ST52-3钢板焊接而成，有着一定的使用寿命，而在车辆行驶过程中，每过一段时间，架构本身的安全性就受到了一定影响，通常而言其开裂处位于转向架构架“工”型箱体的下表面和垂直表面上。

通过对转向架构架进行系统化剖析可知，钩缓装置开裂的主要部位是转向架构架横梁，通常而言当发生开裂后，此位置会向外凸出，从而在影响钩缓装置使用效率的同时，进而引发一系列安全问题，给人们的生命财产埋下巨大安全隐患。通过割取转向架构架裂纹部位可了解到，裂纹基本位于转向架构架横梁的母材上，从拐角部位向两个垂直相交的母材以近45°扩展，裂缝在垂直方向以及水平方向上的长度不一致，在垂直方向裂纹较长。

将裂纹打开后观察可知，裂纹呈现贝壳纹和放射纹，而后根据放射纹的收敛方向或贝壳纹的逆指向，可了解到钩缓装置在发生断裂后，在很长的一段时间内都会存在一定安全隐患问题，从而导致一系列其它问题产生的同时，给企业可持续发展也造成了极为不利的影响。通过剖析裂纹的宏观断口位置可知，裂纹呈明显的孔洞型焊接缺陷以及放射纹和人字纹特征，靠近开裂面左上部分存在大致平行的线痕，此为最初制造转向架构架时切割钢板留下的加工痕迹，为原始自由表面，属于未熔合焊接缺陷。

（二）化学成分

图2.失效转向架构架的化学成分（质量分数）

通过失效转向架构架的化学成分（质量分数）的相关数据分析可知，就是钩缓装置产生了开裂问题，失效转向架构架母材的化学含量还是均符合《焊接结构用耐候钢》中对ST52-3钢的技术要求。

（三）拉伸性能

图3.拉伸性能测试结果

通过拉伸性能测试结果的相关数据分析可知，就是钩缓装置产生了开裂问题，失效转向架构架母材的性能还是均符合《焊接结构用耐候钢》中对ST52-3钢的技术要求。

（四）显微组织

从开裂源区以及裂纹扩展区分别取样做显微组织分析，裂纹源区的显微组织中焊接特征明显，存在未熔合和气泡焊接缺陷，在焊缝区域还有柱状晶组织。从靠近开裂面的母材上切取纵向试转向架构架裂纹扩展区显微组织为铁素体和珠光体，存在带状组织偏析，为穿晶型断裂，图中箭头所指的剪切唇为最后断裂区域；母材的显微组织也为铁素体和珠光体，也存在带状组织偏析，转向架构架裂纹附近的钢板母材组织正常。

（五）断口SEM形貌

转向架构架开裂源区及靠近开裂源区的断口上覆盖着一层较厚、个别区域已经龟裂的氧化腐蚀产物和点蚀坑；在原始开裂面和人工断开面交界处的分界线比较明显；人工断开面的主要特征为韧窝；裂纹扩展区的开裂面比较平坦，存在一些腐蚀产物；该区域高倍形貌显示有明显的疲劳辉纹和少量二次裂纹。

二、国产地铁车辆钩缓装置失效系统化剖析

通过上述分析可知，开裂处无明显塑性变形，存在少量剪切唇，存在放射纹路和贝壳纹特征，放射纹收 敛于焊缝区域的焊接缺陷处，具有疲劳断裂的宏观特征。靠近裂纹源区的断裂面氧化腐蚀程度比较严重，无法观察到断口的微观形貌，靠近裂纹尖端的断裂面上观察到了大量疲劳辉纹和少量二次裂纹， 具有疲劳断裂的微观特征，可判断转向架构架处开裂为疲劳开裂。开裂构架母材的化学成分、拉伸性能和显微组织均符合技术要求。裂纹源区的焊缝中存在明显的气泡和未熔合等焊接缺陷，根据开裂面上放射纹和人字纹的收敛方向判断开裂源于焊缝上的孔洞型缺陷。这说明该转向架构架的焊接质量较差，焊缝中存在较多的焊接缺陷是产生疲劳开裂的主要原因。

三、结语

简而言之，作为市政工程的重要组成部分，地铁工程近年来伴随城市化建设进程的不断加快，项目建设规模和建设数量也在持续增加，城市交通压力得到有效缓解的同时，也为区域经济的进一步发展奠定了良好基础。但纵观在当前地铁工程施工作业过程中，由于施工环境的复杂化和底层地址状况的不可控性，传统工程施工技术的应用不仅难以取得预期的施工成效，甚至还对工程施工质量和施工效益造成了极为不利的影响，除此之外在加之国产地铁车辆钩缓装置问题而对高发，都给企业的可持续发展造成了极为不利的影响，因此在现阶段国家地铁车辆制造过程中，基层产业机构和相关部门需根据该分析结论，提出有效的控制焊接质量的措施，以此在降低钩缓装置开裂问题发生率的同时，切实保障人们的生命财产安全，进而为企业可持续发展奠定良好基础。

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论文作者:李延林,苑师铭,赵克楠,王凯风,徐鹏

论文发表刊物:《科学与技术》2020年1期

论文发表时间:2020/4/29

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