轨道客车转向架焊接变形控制技术研究

轨道客车转向架焊接变形控制技术研究

中车长春轨道客车股份有限公司

高兴勇 李万君 芦晓川 董泽民

摘要:

轨道客车转向架焊接变形控制技术是确保轨道车辆运行安全与稳定的关键。本研究针对转向架焊接过程中产生的变形问题，采用有限元分析方法，建立了转向架焊接过程的数值模型。通过对比分析不同焊接参数和工艺条件下的变形情况，确定了影响焊接变形的主要因素。研究结果表明，通过优化焊接顺序和采用适当的焊接工艺参数，可以有效控制转向架的焊接变形。此外，本研究还开发了一套焊接变形预测与控制软件，为实际生产中的焊接变形控制提供了技术支持。研究成果对于提高轨道客车转向架的制造质量和运行性能具有重要意义。

关键词：焊接变形控制；有限元分析；轨道客车转向架

引言

在现代铁路交通系统中，转向架作为关键组件之一，其焊接质量直接影响到列车的安全性和运行效率。焊接变形控制技术因其在提高焊接质量、减少生产成本和优化结构性能方面的显著优势，逐渐成为工程实践中的热点问题。当前，随着有限元分析等计算技术的进步，焊接过程中的变形及其对转向架功能的影响能够被更精确地预测和控制，在实际应用中，仍面临诸如多因素耦合、复杂工艺参数选择以及变形控制的准确性等挑战。深入研究焊接变形控制技术，不仅有助于提升转向架的工程质量和性能，也对未来铁路客车制造技术的发展具有重要推动作用。

一、什么是焊接变形及其对转向架的影响

焊接变形是指在焊接过程中，由于热量的不均匀分布和金属材料的物理性质变化，导致焊件形状和尺寸发生不可逆的变化。这种变形可能表现为弯曲、扭曲、收缩等形式。在轨道客车转向架的焊接中，焊接变形会直接影响转向架的几何精度和结构强度。如果变形过大，不仅会影响转向架的装配精度，还可能导致转向架在运行中的稳定性和安全性下降。控制焊接变形对于保证转向架的性能和延长其使用寿命至关重要。通过精确控制焊接参数和采用适当的焊接技术，可以有效减少焊接变形，确保转向架的质量和性能。

二、有限元分析在焊接技术中的应用

有限元分析是现代工程技术中的一种强有力的工具，特别是在焊接过程中控制和预测变形方面发挥着重要作用。在轨道客车转向架的焊接生产中，有限元方法可以模拟焊接热源对金属材料的影响，进而分析其在高温状态下的物理变化。通过建立精确的模型，技术人员能够预见到焊接接合处可能出现的热应力和变形，为优化焊接参数和工艺流程提供科学依据。有限元分析还能帮助工程师评估不同焊接顺序对最终产品形状精度的影响，从而选择最佳的焊接方案。通过这些高级技术的应用，焊接质量得到了显著提升，确保了转向架的结构完整性和安全性能。

三、影响焊接变形的主要因素和焊接顺序的优化方法

1影响焊接变形的主要因素

影响焊接变形的主要因素包括材料的热物理性能、焊接工艺参数、结构的几何形状和尺寸、以及焊接顺序等。材料的热膨胀系数和热导率直接影响焊接过程中的热分布，进而影响变形。焊接工艺参数如电流、电压、焊接速度等，决定了焊接热输入量，对变形有显著影响。结构的几何形状和尺寸决定了焊接应力的分布，复杂或不对称的结构更容易产生变形。焊接顺序的选择也会影响最终的变形量，合理的焊接顺序可以有效减少焊接变形。

2选用合适的焊接工艺参数

在轨道客车转向架的焊接过程中，选用合适的工艺参数是确保焊接质量的关键因素。焊接工艺参数主要包括焊接电流、电压、速度和焊丝的直径等。适当的焊接电流和电压能够确保焊缝熔深和宽度符合技术要求，避免焊接过程中出现未焊透或焊穿的情况。焊接速度的选择则直接影响焊缝的成形效果，速度过快会导致焊缝不饱满，速度过慢则可能引起烧穿。焊丝的直径也需要根据焊接件的厚度和焊接电流的大小来合理选择，以保证焊接质量的稳定性。通过精确控制这些参数，可以有效减少焊接变形，提高转向架的使用性能和安全性。

3焊接顺序的优化方法

在轨道客车转向架的焊接过程中，焊接顺序的优化是控制焊接变形的关键。通过合理规划焊接顺序，可以有效减少焊接应力和变形。例如，从结构中心向外围进行焊接，可以减少内部应力的累积。采用对称焊接方法，即或交替焊接对称位置，有助于平衡热输入，减少不对称变形。在实际操作中，还需要考虑焊接接头的类型和位置，以及材料的性质，综合这些因素来确定最佳的焊接顺序。通过这些方法，可以显著提高转向架的焊接质量和结构的稳定性。

四、焊接变形预测与控制技术的发展

焊接变形预测与控制技术的发展已成为提高轨道客车转向架制造精度和可靠性的关键。随着计算机技术的进步，数值模拟方法被广泛应用于焊接过程中的变形预测。通过建立焊接过程的热力学模型，能够模拟焊接过程中温度分布和应力场的变化，从而预测焊接后的变形情况。实时监控技术也在焊接过程中得到应用，通过传感器实时捕捉焊接参数和工件变形，辅以智能控制系统调整焊接参数，以减少不必要的变形。此类技术的运用不仅提高了焊接效率，也极大地降低了生产成本，对提升轨道客车的整体质量和性能具有重要意义。

五、实际生产中焊接变形控制的实施

在实际生产中，焊接变形控制的实施是一个复杂而精细的过程。需要对焊接工艺进行严格的选择和优化，确保每一步焊接都能精确控制。通过实时监控焊接过程中的温度变化和应力分布，及时调整焊接参数，以减少变形的发生。采用先进的焊接设备和技术，如自动焊接机器人，可以提高焊接的精度和一致性，从而有效控制变形。对焊接后的转向架进行必要的后处理，如热处理和机械矫正，以进一步减少和修正焊接变形，确保转向架的性能和质量。通过这些综合措施，可以在实际生产中有效控制焊接变形，提高转向架的整体性能。

六、转向架焊接质量对轨道客车性能的影响

转向架焊接的质量直接关系到轨道客车的整体稳定性与安全性。焊接质量不佳，如焊接裂纹、气孔和未焊透等缺陷，会导致转向架结构强度减弱，进而影响到列车运行的平稳性和载重能力。良好的焊接质量能确保转向架各部件牢固连接，有效传递和分散来自轨道的冲击力，降低因路面不平引起的震动，提升乘坐舒适度。优良的焊接还有助于延长转向架的使用寿命，减少维修成本，保障持续运营效率。掌握高水平的焊接技术和精确的变形控制策略对于提升轨道客车的整体性能至关重要。

结束语

在轨道客车转向架焊接变形控制技术研究中，深入探讨了焊接变形的原因、影响及其控制策略。通过有限元分析的应用，能够更精确地预测和优化焊接过程中的变形。合理选择焊接工艺参数和优化焊接顺序，显著提升了转向架的焊接质量和性能。随着技术的不断进步，未来技术将探索更环保的焊接方法，减少对环境的影响。转向架焊接技术将更加智能化和自动化，技术将更加高效、精确和环保，进一步提高轨道客车的安全性和可靠性。通过为轨道车辆制造业提供了一系列有效的焊接变形控制方法，有助于推动整个行业向更高标准迈进。

参考文献

[1]战瑛.地铁转向架横梁组成焊接变形控制[J].休闲,2020,(20):0226-0226.

[2]李春来,秦庆斌,吴圣川,刘洋,王家鑫,刘国田.城市铁路转向架焊接构架强度有限元校核[J].焊接技术,2019,0(10):91-93.

[3]姜奕竹.轨道客车车辆转向架焊接用锻钢件研究[J].科技经济导刊,2019,(03):112-112.

[4]白晶,李万君,麻春辉.轨道客车转向架自动焊接技术应用现状及发展趋势[J].中国科技期刊数据库 工业A,2020,(12).

[5]何岩,李万君,曲永强.TIP TIG焊接技术在轨道客车转向架焊接中的开发应用[J].中国高新区,2019,(01):11-11.