提速客車轉(zhuǎn)向架(CW-1(2)、206KP（WP）SW160、209HS)構(gòu)架大部分都是由鋼板焊接而成，對焊縫性能方面的質(zhì)量要求極高。轉(zhuǎn)向架構(gòu)架受到動載荷相當(dāng)大，構(gòu)架的損壞絕大多數(shù)是由于焊縫處的疲勞裂紋引起，因而焊縫是構(gòu)架耐久性的薄弱環(huán)節(jié)。在轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的設(shè)計制造時，必須重視提高焊縫的疲勞強(qiáng)度。通過對四個廠的評估發(fā)現(xiàn)，目前轉(zhuǎn)向架構(gòu)架焊接工藝還不能完全滿足設(shè)計要求，構(gòu)架焊縫的質(zhì)量較差，焊縫的疲勞強(qiáng)度普遍偏低，直接影響到構(gòu)架的壽命。就提高焊接轉(zhuǎn)向架疲勞強(qiáng)度方面提出以下個人觀點和建議：
一、提高焊接構(gòu)架的設(shè)計質(zhì)量，降低構(gòu)架的制造難度
在焊接構(gòu)架的設(shè)計時，工藝人員應(yīng)積極配合設(shè)計人員，使焊縫的設(shè)計更合理，焊接工藝性更好。同時設(shè)計人員應(yīng)參與焊接工藝評審和評定工作，以驗證焊接工藝能否達(dá)到設(shè)計要求。從而使焊接接頭的設(shè)計和焊縫布局更趨合理。
1、構(gòu)架焊縫的設(shè)計和構(gòu)架焊接應(yīng)注意以下幾個問題：
⑴應(yīng)保證構(gòu)架上的作用力均勻分布，避免不必要的應(yīng)力集中；
⑵受力大的部位和拉應(yīng)力區(qū)，盡量不布置焊縫，對不可避免的焊縫應(yīng)盡量布置在低應(yīng)力區(qū)或受壓應(yīng)力區(qū)；
⑶拉應(yīng)力區(qū)的角焊縫應(yīng)設(shè)計成雙角焊縫或單邊V型焊透焊縫 ，壓應(yīng)力區(qū)的焊縫設(shè)計成單邊V型焊縫；
⑷對截面變化較大的部位應(yīng)采取較大的過渡半徑，去除棱邊和溝槽等，避免急劇的截面過渡；
⑸側(cè)梁、橫梁設(shè)計時，應(yīng)盡量減少焊縫，上、下蓋板對接等焊縫，應(yīng)采用為全焊透焊縫，并要注明焊縫的探傷方法和標(biāo)準(zhǔn)；
⑹當(dāng)不同板厚進(jìn)行對接接頭設(shè)計時，應(yīng)對厚板部分進(jìn)行削平處理，并對焊縫進(jìn)行打磨處理，使焊接處圓滑過渡；
⑺構(gòu)架主要焊縫的表面質(zhì)量要保證，要通過優(yōu)化焊接工藝和焊后焊縫表面處理工藝，改善焊縫表面的幾何形狀，減少焊縫表面的應(yīng)力集中和表面缺陷；
⑻提高構(gòu)架的焊縫質(zhì)量，消除焊縫表面和內(nèi)在的缺陷。
2、為了提高構(gòu)架的疲勞強(qiáng)度，在焊接構(gòu)架設(shè)計和構(gòu)架生產(chǎn)時還應(yīng)注意：
⑴優(yōu)先選用對接焊縫，盡可能少用角焊縫；
⑵采用角焊縫時，最好采用雙面焊縫，避免使用單面焊縫；
⑶角焊縫焊接時，特別是側(cè)梁、橫梁、搖枕等角焊縫應(yīng)盡量采用船形位置進(jìn)行焊接，實現(xiàn)理想的凹型焊縫；上、下蓋板等部位的端面焊縫，焊接時盡量采用不等腰焊縫；
⑷采用帶有搭接蓋板的搭接接頭，盡量不用偏心搭接；
⑸將焊縫設(shè)計在低應(yīng)力區(qū)，高應(yīng)力區(qū)盡量不設(shè)計焊縫；
⑹構(gòu)架焊接時，應(yīng)盡量降低焊縫表面的應(yīng)力集中；減少構(gòu)架的焊接變形和殘余應(yīng)力；嚴(yán)格控制焊接線能量，確保焊縫力學(xué)性能達(dá)到設(shè)計要求；嚴(yán)格執(zhí)行焊接工藝，盡量減少焊接缺陷；
⑺容易產(chǎn)生疲勞的焊縫部位應(yīng)首先焊接，以有利于焊接殘余應(yīng)力的釋放，避免應(yīng)力集中。
二、加強(qiáng)轉(zhuǎn)向架用材料的研究和選用
1、加強(qiáng)構(gòu)架原材料的選用工作。
⑴目前，提速客車普遍采用16Mn、16MnR、Q345B等材料，這些材料的力學(xué)性能和焊接性能較為穩(wěn)定。但是這些材料的化學(xué)成份變化較大，低溫沖擊韌性較差，對焊接構(gòu)架的疲勞強(qiáng)度影響較大，這一點戚所已通過試驗得到證實。為了提高轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的疲勞壽命，建議鐵道部組織相關(guān)單位對轉(zhuǎn)向架材料進(jìn)行研究，選用一種強(qiáng)度適當(dāng)、韌性好、焊接性能好。疲勞強(qiáng)度高的材料取代目前的16 Mn（或16MnR）材料，戚所的初步研究表明，我國現(xiàn)有的材料Q345E（相當(dāng)于16Mq、14MnNbq）材料，力學(xué)性能和疲勞強(qiáng)度都優(yōu)于16Mn材料。為了使這一材料盡快應(yīng)用于構(gòu)架生產(chǎn)上去，應(yīng)加大研究的力度和深度，為構(gòu)架的設(shè)計提供科學(xué)的依據(jù)。
⑵加強(qiáng)鑄鋼材料的研究。SW-160構(gòu)架部分零部件采用鑄鋼件，減少了焊縫數(shù)量，提高了構(gòu)架的可靠性，但目前鑄鋼件大部分采用ZG230-450，該種材料性能較差。B級鋼材料化學(xué)成份易控制，可焊性好，低溫沖擊值較高，疲勞強(qiáng)度較高，建議提速客車采用B級鋼鑄件取代目前的ZG230-450。同時還要不斷研究開發(fā)高強(qiáng)度、可焊性好的鑄件。為高速車焊接構(gòu)架的生產(chǎn)做好技術(shù)準(zhǔn)備。
⑶要加強(qiáng)桿件類材料的研究。目前，提高客車桿件類材料大部分采用Q235A、45#鋼、40Cr調(diào)質(zhì)鋼等材料，在過去的使用過程中，都發(fā)生了不同的質(zhì)量問題，影響了鐵路的行車安全。建議部里組織相關(guān)單位對桿件類材料的力學(xué)性能、熱處理工藝、探傷工藝和焊接工藝進(jìn)行研究，并制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，盡快提高桿件類零部件的質(zhì)量。
2、加強(qiáng)構(gòu)架新材料的研究。
為了適應(yīng)高速列車運行要求，必須研究新的輕型高強(qiáng)度材料，以達(dá)到減輕重量提高疲勞強(qiáng)度的目的，建議部里組織相關(guān)單位對低合金高強(qiáng)鋼、細(xì)晶粒結(jié)構(gòu)鋼、不銹鋼等材料應(yīng)用到轉(zhuǎn)向架上的可行性進(jìn)行研究。同時，還要重點研究這些鋼的缺口敏感性，為開發(fā)高質(zhì)量的焊接構(gòu)架提供理論依據(jù)。
3、制訂材料采購技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，確保材料質(zhì)量達(dá)到設(shè)計要求。
我國目前的材料標(biāo)準(zhǔn)要求較低，部分材料的性能、成份波動較大，給構(gòu)架生產(chǎn)帶來很大困難，為此建議：⑴制訂嚴(yán)格的材料技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，鐵道部組織定點廠家生產(chǎn)；⑵各工廠要對進(jìn)廠材料進(jìn)行復(fù)驗，并將復(fù)驗報告存檔；⑶對重要零部件材料采用超聲波探傷檢查；⑷對構(gòu)架原材料應(yīng)進(jìn)行預(yù)處理，防止表面生銹，影響材料質(zhì)量。
三、加強(qiáng)構(gòu)架疲勞強(qiáng)度的研究
為了確定CW-1（2）、SW-160、206KP、209HS等轉(zhuǎn)向架的疲勞壽命，建議鐵道部組織相關(guān)單位對以上提速車轉(zhuǎn)向架的材料、制造工藝、焊接工藝、焊后焊縫表面處理工藝、構(gòu)架焊后時效處理工藝進(jìn)行研究，并優(yōu)化各種工藝。根據(jù)優(yōu)化的工藝各工廠焊接3-4臺轉(zhuǎn)向架構(gòu)架，進(jìn)行疲勞強(qiáng)度對比試驗，根據(jù)試驗結(jié)果進(jìn)一步的優(yōu)化相關(guān)工藝，并制訂相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，用于指導(dǎo)生產(chǎn)。在疲勞試驗過程中，要深入研究材料缺陷、焊接缺陷、應(yīng)力集中等對疲勞強(qiáng)度的影響。為此，在試驗前后，必須對構(gòu)架主要受力部位（包括主要受力焊縫）進(jìn)行探傷檢查，試驗完成后，對構(gòu)架的主要部位進(jìn)行解剖分析，檢查焊縫金相、焊接缺陷擴(kuò)展情況等。同時，還要對關(guān)鍵零部件（受力桿件等）進(jìn)行壽命的試驗。
四、焊后焊縫表面處理工藝的研究
焊接構(gòu)架的破損主要是焊縫的殘余應(yīng)力集中造成，而焊縫表面的應(yīng)力集中又與其表面幾何形狀有關(guān)，因此提高焊縫疲勞強(qiáng)度的有效方法是改善焊縫表面的幾何形狀。目前，生產(chǎn)提速客車的四個工廠大多數(shù)采用焊縫打磨工藝，個別工廠也采用了TIG重熔工藝來改善焊縫表面的形狀，取得了一定的效果，但都未對打磨工藝、TIG重熔工藝進(jìn)行研究，因此，焊縫表面處理的質(zhì)量難以保證。國外目前采用較多的工藝有：焊縫表面打磨處理工藝，焊縫表面TIG重熔處理工藝，焊縫表面噴丸強(qiáng)化處理工藝，焊縫表面進(jìn)行超聲沖擊處理，焊縫表面高壓水射流處理工藝等，戚所已對打磨處理工藝、TIG重熔處理工藝等進(jìn)行了試驗驗證，取得了較好的效果。建議：部里組織相關(guān)單位，對焊縫表面處理工藝進(jìn)行系統(tǒng)研究，并將研究結(jié)果應(yīng)用到構(gòu)架的生產(chǎn)中去。
1、焊縫表面打磨處理工藝。
焊縫表面打磨工藝分為整體打磨、局部打磨。焊縫表面整體打磨，就是對焊縫表面進(jìn)行整體磨光，主要用于對接焊縫的打磨；局部打磨是用砂輪打磨焊趾附近區(qū)域，以改變焊縫表面的形狀；焊縫打磨可以改善焊縫表面的幾何形狀，徹底消除表面缺陷，因而，可大幅度提高焊縫的疲勞強(qiáng)度。但焊縫表面打磨工藝效率較低。
2、焊縫表面氬弧（TIG）重熔處理工藝。
對焊縫表面焊后采用氬弧重熔處理，可以改善焊縫表面的幾何形狀，使其光滑圓順，從而大幅度地提高焊縫的疲勞強(qiáng)度，同時，重熔處理還細(xì)化了焊縫組織晶粒，提高了抗裂性能。TIG重熔處理工藝大多數(shù)用于長大角焊縫的表面處理，但生產(chǎn)效率比打磨工藝要高的多。TIG重熔工藝分為焊縫整體重熔和焊趾局部重熔兩種。為了提高TIG重熔工藝的質(zhì)量和效率，建議采用自動TIG重熔處理工藝。
3、焊縫表面噴丸強(qiáng)化處理工藝。
噴丸處理是以壓縮空氣為動力，將丸粒噴射到焊縫表面及其周圍，使焊縫表面產(chǎn)生壓應(yīng)力；而且焊縫表面和焊趾變得光滑圓順。從而提高了焊縫的疲勞強(qiáng)度。噴丸處理工藝主要用于構(gòu)架修理補(bǔ)強(qiáng)后焊縫的表面處理。
4、焊縫表面進(jìn)行超聲波沖擊處理工藝。
該工藝是比較先進(jìn)工藝，目前，國內(nèi)有些高校正在進(jìn)行研究試驗，試驗表明，該工藝具有效率高，提高疲勞強(qiáng)度明顯等優(yōu)點。
5、高壓水射流處理工藝。
該工藝是將具有100Mpa以上壓力并帶有磨料的高壓水高速噴向焊縫的焊趾周圍，使表面進(jìn)行磨光加工產(chǎn)生壓應(yīng)力，改善焊縫表面幾何形狀，達(dá)到提高焊縫疲勞強(qiáng)度的目的。但該裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)備購置費較高。
以上幾種工藝對提高焊縫疲勞強(qiáng)度有很大好處，建議部里組織相關(guān)單位對以上工藝進(jìn)行深入研究，并不斷優(yōu)化工藝，制定相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，最終將該工藝應(yīng)用到構(gòu)架的生產(chǎn)中去。
為了使以上工藝得到很好的應(yīng)用，各工廠應(yīng)根據(jù)試驗研究的情況，焊接2-3個焊接構(gòu)架進(jìn)行疲勞對比試驗，對工藝進(jìn)行進(jìn)一步的驗證。
五、構(gòu)架焊后時效處理工藝的研究
建議部里組織相關(guān)單位對構(gòu)架焊后時效處理工藝進(jìn)行深入研究，目前四個客車廠采用的是退火消除殘余應(yīng)力、振動時效消除殘余應(yīng)力和噴丸處理工藝。但各工廠對目前采用的工藝都沒有進(jìn)行大量的試驗驗證。有些采用國外熱處理工藝，有些采用高校制定的振動時效工藝，由于對時效處理的結(jié)果無法檢查，因此，不能判斷目前各工廠采用時效工藝到底效果如何。各種工藝都有其局限性，如果工藝不合理，有些可能達(dá)不到預(yù)期效果，有些可能會產(chǎn)生新的缺陷。
1、退火消除殘余應(yīng)力，四方廠、浦鎮(zhèn)廠、唐山廠采用該工藝，而且三個工廠對熱處理的效果都不做檢查，也無法進(jìn)行檢查。退火可以消除構(gòu)架的焊接殘余應(yīng)力，但這種工藝無法改變焊縫的幾何形狀，而且溫度過高，容易引起構(gòu)架的局部軟化，溫度過低，消除應(yīng)力的效果不夠明顯。因此，部里應(yīng)制定構(gòu)架退火處理標(biāo)準(zhǔn)，以規(guī)范構(gòu)架退火工藝。
2、振動時效消除殘余應(yīng)力，長客廠、浦廠、唐山廠采用該工藝，而且三個工廠做的試驗不同，選用的設(shè)備、規(guī)范參數(shù)也不相同，三個工廠對處理的效果不做檢查，振動時效可以部分地降低殘余應(yīng)力的峰值，但如果工藝規(guī)范參數(shù)選擇不當(dāng)，可能會產(chǎn)生新的殘余應(yīng)力，達(dá)不到消除應(yīng)力的效果。因此，部里應(yīng)制定振動時效的標(biāo)準(zhǔn)。
3、構(gòu)架表面噴丸處理工藝研究。
要研究噴丸強(qiáng)化工藝對構(gòu)架表面殘余應(yīng)力和疲勞強(qiáng)度的影響，并對噴丸工藝進(jìn)行優(yōu)化，確定最佳的丸粒直徑、空氣壓力、噴丸速度、工件移動速度等參數(shù)。
六、優(yōu)化轉(zhuǎn)向架焊接工藝，不斷提高焊接工藝水平
通過四個廠的評估，雖然四個工廠這幾年焊接設(shè)備的水平在不斷提高，四個工廠也都進(jìn)行了不少焊接機(jī)械手，但普通存在焊接工藝較落后的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致了構(gòu)架焊接質(zhì)量較差，疲勞強(qiáng)度低，影響了提速車的行車安全。因此，建議各工廠要進(jìn)一步優(yōu)化焊接工藝，不斷提高焊接工藝水平，轉(zhuǎn)變焊工的質(zhì)量意識和觀念，提高構(gòu)架的焊接質(zhì)量和疲勞強(qiáng)度。建議各工廠要做好以下幾個方面的工作。
1、進(jìn)一步提高構(gòu)架組對的質(zhì)量。
組對質(zhì)量的好壞，直接影響到焊縫的焊接質(zhì)量。從四個工廠的情況來看，四方廠構(gòu)架組對質(zhì)量較好，其它三個工廠構(gòu)架組對質(zhì)量較差，普遍存在組對間隙不均勻，坡口鈍邊大，工作表面質(zhì)量差，點焊不規(guī)范，點焊縫有開裂和氣孔等現(xiàn)象。有些工廠組裝胎位精度差，構(gòu)架組對精度不高，難以滿足焊接要求。建議各工廠要重視組對質(zhì)量，從基本抓起，否則焊接質(zhì)量難以提高。
對于關(guān)鍵的受力焊縫，建議采用氬弧焊進(jìn)行組對點焊和根部打底焊，這種工藝在國外高速構(gòu)架的焊接中已被采用。
2、進(jìn)一步優(yōu)化轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的焊接工藝，不斷提高焊接工藝水平。
⑴目前四個工廠在構(gòu)架焊接中已普遍采用富氬保護(hù)焊，焊接質(zhì)量比原來有所提高。但所選用的焊絲為國產(chǎn)CO2焊絲，焊縫性能較差，建議各工廠選用富氬焊專用焊絲，以進(jìn)一步提高焊縫的力學(xué)性能。
⑵采用藥芯焊絲可以實現(xiàn)理想的凹型焊縫，減少焊接缺陷，提高焊縫內(nèi)在質(zhì)量，進(jìn)一步提高焊縫的疲勞強(qiáng)度，但目前各工廠都沒有使用藥芯焊絲。建議各工廠盡快應(yīng)用。
⑶在焊接接頭設(shè)計、坡口設(shè)計、焊接工藝設(shè)計等方面，各工廠應(yīng)吸收國內(nèi)外先進(jìn)經(jīng)驗，不斷地進(jìn)行試驗驗證，提高焊接工藝水平。同時，各工廠盡快淘汰老的焊機(jī)。購置性能較好的焊機(jī)，不斷提高焊接設(shè)備的自動化水平。減少人為因素對焊接質(zhì)量的影響。
⑷加強(qiáng)機(jī)械手焊接工藝的研究。四個工廠都引進(jìn)了國外的焊接機(jī)械手焊接構(gòu)架，但焊縫的焊接質(zhì)量普遍不高，機(jī)械手的優(yōu)點沒有 得到充分發(fā)揮。建議各工廠要加大對機(jī)械手焊接工藝研究的力度。同時，還要研究焊接順序?qū)附幼冃蔚挠绊憽１M量減少焊接變形和焊接殘余應(yīng)力。對主要受力焊縫和外觀要求較高的焊縫，建議采用手工焊打底（或TIG焊打底），中間層采用富氬焊，表面采用機(jī)械手藥芯焊絲蓋面工藝，這樣可提高焊接生產(chǎn)效率，使焊縫外觀質(zhì)量有較大提高。
⑸重視弧坑處理工作。目前 ，四個工廠對弧坑的處理都不重視，普遍存在弧坑裂紋、氣孔等缺陷，對構(gòu)架的疲勞強(qiáng)度有較大影響。建議各工廠在編制工藝文件時，對引弧端和弧坑處理要有明確規(guī)定。
七、建立焊接工藝評審和焊工考核制度，提高構(gòu)架焊接質(zhì)量
從四個工廠情況來看，普遍對工藝評定工作不夠重視，有些工廠甚至沒有開展此項工作。焊工考核四個工廠雖然都在進(jìn)行。大多是形式主義，沒有取得較好的效果。四方廠在焊工的培訓(xùn)考核方面做工的較好，構(gòu)架的焊接質(zhì)量較好，該廠經(jīng)驗值得推廣。
1、建立焊接工藝評定制度。
焊接工藝評定可以在產(chǎn)品研制階段驗證明工藝能否滿足設(shè)計要求。同時，根據(jù)工藝評定結(jié)果編制焊接工藝文件。為了使焊接工藝文件更趨實用、合理，便于焊工操作，建議編制焊接工序管理圖代替產(chǎn)品圖紙指導(dǎo)生產(chǎn)。（可參照四方廠經(jīng)驗）
2、加強(qiáng)焊工培訓(xùn)和考核工作。
加強(qiáng)焊工的培訓(xùn)和考核，定期組織焊工參加培訓(xùn)和資格考試，根據(jù)考核結(jié)果對焊工進(jìn)行技能分級管理，使主要焊縫由高等級焊工焊接，同時，要根據(jù)產(chǎn)品情況制定準(zhǔn)確的焊接技術(shù)額，促進(jìn)焊工提高技術(shù)水平，確保構(gòu)架的焊接質(zhì)量達(dá)到設(shè)計要求。
3、對構(gòu)架焊縫進(jìn)行質(zhì)量等級分類（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類），并制定不同等級焊縫的檢驗方法和檢驗標(biāo)準(zhǔn)。
建議構(gòu)架的設(shè)計師對構(gòu)架的所有焊縫進(jìn)行等級分類，根據(jù)構(gòu)架焊縫受力情況的不同進(jìn)行分類，主要受力焊縫為Ⅰ類，要求采用超聲波探傷，焊縫不允許有未焊透、未熔合、裂紋等缺陷；次要受力焊縫為Ⅱ類，要求采用磁粉探傷，表面不得有裂紋、氣孔，咬邊等缺陷；一般焊縫為Ⅲ類，要保證焊角尺寸，焊縫表面沒有缺陷，不用探傷檢查。
工藝人員根據(jù)構(gòu)架焊縫的等級，選派不同的焊工進(jìn)行焊接，這樣就可以確保每條焊縫的焊接質(zhì)量達(dá)到設(shè)計要求，也使構(gòu)架的焊接質(zhì)量有了保證。
八、加強(qiáng)學(xué)術(shù)交流、技術(shù)交流和技術(shù)攻關(guān)，不斷提高提速轉(zhuǎn)向架的制造水平。確保提速車轉(zhuǎn)向架的質(zhì)量達(dá)到設(shè)計要求。
建議鐵道部和南北集團(tuán)公司定期組織學(xué)術(shù)研討會、技術(shù)經(jīng)驗交流會，不斷提高各工廠的技術(shù)水平。同時，還應(yīng)對各廠的共性問題組織聯(lián)合攻關(guān)小組，充分發(fā)揮科研院所的作用和積極性，使科研更好地為生產(chǎn)服務(wù)，加快科技成果轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的速度。
