轨道车辆车体关键焊缝康疲劳设计及疲劳强度研究

轨道车辆车体关键焊缝康疲劳设计及疲劳强度研究

吴迪 、王琰

中车唐山机车车辆有限公司   河北省唐山市   063035

摘要：对于轨道车辆车体焊接，焊缝、热影响区等焊缝连接处的质量很难有效控制，是整根管路的薄弱点。在使用周期内，焊缝连接区域易因疲劳失效而出现渗漏，影响整个系统安全，并造成的损失难以估量的损失。因此，对焊缝连接疲劳性能展开研究，总结焊缝的疲劳强度，为轨道车辆车体使用留出足够的疲劳余量，对保证保障轨道车辆车体的安全及使用寿命，有着十分重要的意义。基于此，本文章对轨道车辆车体关键焊缝康疲劳设计及疲劳强度研究进行探讨，以供参考。

关键词：轨道车辆车体；关键焊缝康疲劳设计；疲劳强度

引言

在轨道车辆的生产制造过程中，车身及各零部件之间的连接通常采用电阻焊接的方式。据相关统计表明，焊接在车身结构连接方式中的占比大于90%，因此车身强度、安全性和使用寿命很大程度上取决于焊点的质量，准确把控轨道车辆车身焊点质量对保证整车质量意义重大。

一、焊接工艺

（一）电阻点焊

电阻点焊的基本原理是把装配成搭接接头的焊件压紧在两电极之间，利用电阻热熔化母材金属，形成焊点。但由于其形成过程一直处于封闭状态，无法直接观测，大多数汽车厂商在生产中都是通过抽样来进行破坏性检测或无损检测，破坏性检测主要通过测量焊点的拉剪强度或焊核直径来评价焊点的质量，无损检测大多通过目测或超声波检测来确定焊点质量。这些方法都使得焊点质量检测效率极低，生产成本提高，并且无法全面了解车身所有焊点的质量。由此可见，点焊质量的在线预测技术对保证点焊质量的可靠性和一致性有非常重要的意义，具有广阔的市场前景和重大的商业价值，目前该项技术已经受到国内外学者的广泛关注和研究。

（二）组合焊接技术

在焊接过程中，使用组合焊接工艺即是同时运用多种焊接技术，借助这些焊接技术各自具备的优势，不断提升管道焊接质量。在将热焊技术和根焊技术集成运用的过程中，比单独使用一种焊接技术的焊接效果好。综合运用填充焊接和焊条向上焊接技术，可以在焊接位置同时展现出两种焊接技术的应用优势，对于提升焊接处理质量具有促进作用。

二、轨道车辆车体焊接中的不足分析

在轨道车辆车体焊接工作进行的过程中所产生的不足与问题，通常有较多种，可以将其大致归为内部缺陷和外部缺陷。所谓内部缺陷，主要是指发生在轨道车辆车体焊接内部位置的缺陷与不足，需要有关工作人员进行无损检测工作才可以对应发现问题。常见的轨道车辆车体焊接内部缺陷包括内部气孔、夹渣、未焊透、未熔合等。所谓外部缺陷，主要是指在轨道车辆车体表面可以看到和发现的缺陷与不足，主要包括轨道车辆车体表面产生裂纹、咬边，表面出现气孔、焊瘤、焊接变形、错边等问题。这些都是需要引起工作人员和操作人员重视的问题，避免在轨道车辆车体焊接工作和操作中出现缺陷与不足。

三、轨道车辆车体关键焊缝康疲劳设计及疲劳强度的分析

（一）前期准备阶段质量控制

在进行轨道车辆车体焊接操作质量控制的过程中，需要做好前期的有效规划以及管理，按照工程安装要求以及标准确定新型的技术方案，并且明确质量控制的主要工作目标，使各项管理工作能够更加顺利地进行，避免对结构的安装产生一定的影响。相比于普通的轨道车辆车体安装，轨道车辆车体焊接对安装质量要求较为严格，在前期准备工作中，需要按照技术要点采取更加科学的控制方案，以此来预防各种质量问题的发生。在前期安装阶段，需要做好现场情况的深入性勘察，了解关键节点的安装特点以及安装标准，从源头上避免发生各种各样的质量问题，尤其是要做好梁柱节点以及轨道车辆车体空间的布局，完善当前的规划模式，并且还需要避免梁柱钢筋和型钢出现直接接触的问题，要将钢筋弯折角度控制在合理范围之中，按照现场情况进行科学的测量，防止对实际安装造成一定的影响。

（二）调整工艺流程

通过结构改进、焊前预置反变形、优化焊接工艺参数与焊接顺序的方法,可以最大程度地减小前端地板组成与底架焊接过程中产生的焊接变形。另外,还需进一步对两者及后续焊接工艺流程进行控制,前端支撑之间增加的补强支撑结构在前端地板组成工序焊接,保证在前端地板组成与底架焊接前的结构刚度。同时,调整底架其他附件的焊接顺序,将底架附件组焊工序中需要焊接到前端地板组成上的附件,提前到前端地板组成组焊工序进行焊接,焊后再与底架其他结构进行焊接,尽量减小前端地板组成焊接到底架主结构焊接的热输入,进而控制焊接变形,减小调修工作量。

（三）焊缝内部质量的检查

为确保焊缝内部质量符合压力轨道车辆车体工程施工要求，需采用无损检测技术，检测过程中要严格控制检测比例和检测方法。常见的焊缝无损检测技术有射线探测技术、超声波探测技术和、渗透探测以及涡流探测技术构成。目前多采用射线、超声波技术和对焊缝质量进行检测，但是随着技术的不断成熟也可尝试应用涡流探伤技术进行检验，该技术可大幅提升焊接检测质量。焊接接头的非破坏性试验应依据设计温度、设计压力、介质特性或管线类型等因素而定。为了确保焊接质量，规定了需要进行非破坏性检查的焊缝，对每个焊工所焊的焊缝按比例进行检查，每个轨道车辆车体至少要有一道焊缝。如果发现不合格，应按照原来的标准，对被检查人员焊接的焊缝进行双倍检查。如果仍然不能通过，则需要对所有焊接工人的焊接进行无损检验。如果发现有缺陷，就需要重新修理。在返修后，仍按照原来的方式进行测试。

（四）搭建起完善严格的焊接质量管理体制

在控制焊接质量时，焊接质量保障体系具有至关重要的作用。一是针对轨道车辆车体焊接材料进行严格控制，对材料的采购、验收、保管和使用等各个环节，都应该加大力度，确保材料的质量合格保管和使用符合要求，也要对产品的质量进行严格的检查，保障材料成分、机械性能等符合有关设计要求。二是针对焊接设备进行严格管控定期检测和校验焊接设备目录，并且对焊接设备进行充分的管理和保养，编制校准方案，对焊接设备的校验、检测等明确相关的工作周期和工作标准要求。三是对焊接工艺进行严格控制，严格按照建设工程技术标准与设计要求进行，对设计图纸、焊接工艺评定以及施工现场实际情况等工作环节，进行高度关注和严格把控。比如可以在轨道车辆车体焊接前期，将其进行合适的打磨，避免出现多次打磨或焊接，使轨道车辆车体对接错变量得到减少和管控。四是针对焊接工作人员进行严格控制与处理。

结束语

综上所述，在轨道车辆车体焊接中，要根据整体的安装要求标准充分发挥焊接技术本身的优势，保证结构本身的稳定性，同时还需要把握最新的技术方案，按照现场情况有序地筛选不同的技术模式，做好焊接过程的全面监督，有效地应对在焊接操作中所产生的各项问题，从而保证焊接本身的品质，提高轨道车辆车的制造效果。

参考文献

[1]于岩,王陆钊,侯震冬,关凯楠,杨鑫华.基于多库支撑的轨道车辆车体焊接工艺智能系统的设计与实现[J].电焊机,2020,50(12):22-25+109.

[2]赵秀爽.地铁车辆不锈钢车体强度与模态分析[D].吉林大学,2020.

[3]韩晓辉,张志毅,李刚卿,武永寿.轨道客车轻量化材料及其连接技术的发展与展望[J].焊接,2020(10):34-42+63.

[4]李帅贞,韩晓辉,邢艳双,马国龙.轨道车辆铝合金中厚板单双丝焊接工艺对比研究[J].机车车辆工艺,2020(04):19-20+23.

[5]薛宁鑫,程亚军,张春玉.复杂焊接结构焊缝强度评估方法及应用[J].大连交通大学学报,2020,41(04):14-18.