提速客车转向架(CW-1(2)、206KP（WP）SW160、209HS)构架大部分都是由钢板焊接而成，对焊缝性能方面的质量要求极高。转向架构架受到动载荷相当大，构架的损坏绝大多数是由于焊缝处的疲劳裂纹引起，因而焊缝是构架耐久性的薄弱环节。在转向架构架的设计制造时，必须重视提高焊缝的疲劳强度。通过对四个厂的评估发现，目前转向架构架焊接工艺还不能完全满足设计要求，构架焊缝的质量较差，焊缝的疲劳强度普遍偏低，直接影响到构架的寿命。就提高焊接转向架疲劳强度方面提出以下个人观点和建议：

一、提高焊接构架的设计质量，降低构架的制造难度

在焊接构架的设计时，工艺人员应积极配合设计人员，使焊缝的设计更合理，焊接工艺性更好。同时设计人员应参与焊接工艺评审和评定工作，以验证焊接工艺能否达到设计要求。从而使焊接接头的设计和焊缝布局更趋合理。

1、构架焊缝的设计和构架焊接应注意以下几个问题：

⑴应保证构架上的作用力均匀分布，避免不必要的应力集中；

⑵受力大的部位和拉应力区，尽量不布置焊缝，对不可避免的焊缝应尽量布置在低应力区或受压应力区；

⑶拉应力区的角焊缝应设计成双角焊缝或单边V型焊透焊缝 ，压应力区的焊缝设计成单边V型焊缝；

⑷对截面变化较大的部位应采取较大的过渡半径，去除棱边和沟槽等，避免急剧的截面过渡；

⑸侧梁、横梁设计时，应尽量减少焊缝，上、下盖板对接等焊缝，应采用为全焊透焊缝，并要注明焊缝的探伤方法和标准；

⑹当不同板厚进行对接接头设计时，应对厚板部分进行削平处理，并对焊缝进行打磨处理，使焊接处圆滑过渡；

⑺构架主要焊缝的表面质量要保证，要通过优化焊接工艺和焊后焊缝表面处理工艺，改善焊缝表面的几何形状，减少焊缝表面的应力集中和表面缺陷；

⑻提高构架的焊缝质量，消除焊缝表面和内在的缺陷。

2、为了提高构架的疲劳强度，在焊接构架设计和构架生产时还应注意：

⑴优先选用对接焊缝，尽可能少用角焊缝；

⑵采用角焊缝时，最好采用双面焊缝，避免使用单面焊缝；

⑶角焊缝焊接时，特别是侧梁、横梁、摇枕等角焊缝应尽量采用船形位置进行焊接，实现理想的凹型焊缝；上、下盖板等部位的端面焊缝，焊接时尽量采用不等腰焊缝；

⑷采用带有搭接盖板的搭接接头，尽量不用偏心搭接；

⑸将焊缝设计在低应力区，高应力区尽量不设计焊缝；

⑹构架焊接时，应尽量降低焊缝表面的应力集中；减少构架的焊接变形和残余应力；严格控制焊接线能量，确保焊缝力学性能达到设计要求；严格执行焊接工艺，尽量减少焊接缺陷；

⑺容易产生疲劳的焊缝部位应首先焊接，以有利于焊接残余应力的释放，避免应力集中。

二、加强转向架用材料的研究和选用

1、加强构架原材料的选用工作。

⑴目前，提速客车普遍采用16Mn、16MnR、Q345B等材料，这些材料的力学性能和焊接性能较为稳定。但是这些材料的化学成份变化较大，低温冲击韧性较差，对焊接构架的疲劳强度影响较大，这一点戚所已通过试验得到证实。为了提高转向架构架的疲劳寿命，建议铁道部组织相关单位对转向架材料进行研究，选用一种强度适当、韧性好、焊接性能好。疲劳强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，我国现有的材料Q345E（相当于16Mq、14MnNbq）材料，力学性能和疲劳强度都优于16Mn材料。为了使这一材料尽快应用于构架生产上去，应加大研究的力度和深度，为构架的设计提供科学的依据。

⑵加强铸钢材料的研究。SW-160构架部分零部件采用铸钢件，减少了焊缝数量，提高了构架的可靠性，但目前铸钢件大部分采用ZG230-450，该种材料性能较差。B级钢材料化学成份易控制，可焊性好，低温冲击值较高，疲劳强度较高，建议提速客车采用B级钢铸件取代目前的ZG230-450。同时还要不断研究开发高强度、可焊性好的铸件。为高速车焊接构架的生产做好技术准备。

⑶要加强杆件类材料的研究。目前，提高客车杆件类材料大部分采用Q235A、45#钢、40Cr调质钢等材料，在过去的使用过程中，都发生了不同的质量问题，影响了铁路的行车安全。建议部里组织相关单位对杆件类材料的力学性能、热处理工艺、探伤工艺和焊接工艺进行研究，并制定相关标准，尽快提高杆件类零部件的质量。

2、加强构架新材料的研究。

为了适应高速列车运行要求，必须研究新的轻型高强度材料，以达到减轻重量提高疲劳强度的目的，建议部里组织相关单位对低合金高强钢、细晶粒结构钢、不锈钢等材料应用到转向架上的可行性进行研究。同时，还要重点研究这些钢的缺口敏感性，为开发高质量的焊接构架提供理论依据。

3、制订材料采购技术标准，确保材料质量达到设计要求。

我国目前的材料标准要求较低，部分材料的性能、成份波动较大，给构架生产带来很大困难，为此建议：⑴制订严格的材料技术标准，铁道部组织定点厂家生产；⑵各工厂要对进厂材料进行复验，并将复验报告存档；⑶对重要零部件材料采用超声波探伤检查；⑷对构架原材料应进行预处理，防止表面生锈，影响材料质量。

三、加强构架疲劳强度的研究

为了确定CW-1（2）、SW-160、206KP、209HS等转向架的疲劳寿命，建议铁道部组织相关单位对以上提速车转向架的材料、制造工艺、焊接工艺、焊后焊缝表面处理工艺、构架焊后时效处理工艺进行研究，并优化各种工艺。根据优化的工艺各工厂焊接3-4台转向架构架，进行疲劳强度对比试验，根据试验结果进一步的优化相关工艺，并制订相关技术标准，用于指导生产。在疲劳试验过程中，要深入研究材料缺陷、焊接缺陷、应力集中等对疲劳强度的影响。为此，在试验前后，必须对构架主要受力部位（包括主要受力焊缝）进行探伤检查，试验完成后，对构架的主要部位进行解剖分析，检查焊缝金相、焊接缺陷扩展情况等。同时，还要对关键零部件（受力杆件等）进行寿命的试验。

四、焊后焊缝表面处理工艺的研究

焊接构架的破损主要是焊缝的残余应力集中造成，而焊缝表面的应力集中又与其表面几何形状有关，因此提高焊缝疲劳强度的有效方法是改善焊缝表面的几何形状。目前，生产提速客车的四个工厂大多数采用焊缝打磨工艺，个别工厂也采用了TIG重熔工艺来改善焊缝表面的形状，取得了一定的效果，但都未对打磨工艺、TIG重熔工艺进行研究，因此，焊缝表面处理的质量难以保证。国外目前采用较多的工艺有：焊缝表面打磨处理工艺，焊缝表面TIG重熔处理工艺，焊缝表面喷丸强化处理工艺，焊缝表面进行超声冲击处理，焊缝表面高压水射流处理工艺等，戚所已对打磨处理工艺、TIG重熔处理工艺等进行了试验验证，取得了较好的效果。建议：部里组织相关单位，对焊缝表面处理工艺进行系统研究，并将研究结果应用到构架的生产中去。

1、焊缝表面打磨处理工艺。

焊缝表面打磨工艺分为整体打磨、局部打磨。焊缝表面整体打磨，就是对焊缝表面进行整体磨光，主要用于对接焊缝的打磨；局部打磨是用砂轮打磨焊趾附近区域，以改变焊缝表面的形状；焊缝打磨可以改善焊缝表面的几何形状，彻底消除表面缺陷，因而，可大幅度提高焊缝的疲劳强度。但焊缝表面打磨工艺效率较低。

2、焊缝表面氩弧（TIG）重熔处理工艺。

对焊缝表面焊后采用氩弧重熔处理，可以改善焊缝表面的几何形状，使其光滑圆顺，从而大幅度地提高焊缝的疲劳强度，同时，重熔处理还细化了焊缝组织晶粒，提高了抗裂性能。TIG重熔处理工艺大多数用于长大角焊缝的表面处理，但生产效率比打磨工艺要高的多。TIG重熔工艺分为焊缝整体重熔和焊趾局部重熔两种。为了提高TIG重熔工艺的质量和效率，建议采用自动TIG重熔处理工艺。

3、焊缝表面喷丸强化处理工艺。

喷丸处理是以压缩空气为动力，将丸粒喷射到焊缝表面及其周围，使焊缝表面产生压应力；而且焊缝表面和焊趾变得光滑圆顺。从而提高了焊缝的疲劳强度。喷丸处理工艺主要用于构架修理补强后焊缝的表面处理。

4、焊缝表面进行超声波冲击处理工艺。

该工艺是比较先进工艺，目前，国内有些高校正在进行研究试验，试验表明，该工艺具有效率高，提高疲劳强度明显等优点。

5、高压水射流处理工艺。

该工艺是将具有100Mpa以上压力并带有磨料的高压水高速喷向焊缝的焊趾周围，使表面进行磨光加工产生压应力，改善焊缝表面几何形状，达到提高焊缝疲劳强度的目的。但该装置结构复杂，设备购置费较高。

以上几种工艺对提高焊缝疲劳强度有很大好处，建议部里组织相关单位对以上工艺进行深入研究，并不断优化工艺，制定相关技术标准，最终将该工艺应用到构架的生产中去。

为了使以上工艺得到很好的应用，各工厂应根据试验研究的情况，焊接2-3个焊接构架进行疲劳对比试验，对工艺进行进一步的验证。

五、构架焊后时效处理工艺的研究

建议部里组织相关单位对构架焊后时效处理工艺进行深入研究，目前四个客车厂采用的是退火消除残余应力、振动时效消除残余应力和喷丸处理工艺。但各工厂对目前采用的工艺都没有进行大量的试验验证。有些采用国外热处理工艺，有些采用高校制定的振动时效工艺，由于对时效处理的结果无法检查，因此，不能判断目前各工厂采用时效工艺到底效果如何。各种工艺都有其局限性，如果工艺不合理，有些可能达不到预期效果，有些可能会产生新的缺陷。

1、退火消除残余应力，四方厂、浦镇厂、唐山厂采用该工艺，而且三个工厂对热处理的效果都不做检查，也无法进行检查。退火可以消除构架的焊接残余应力，但这种工艺无法改变焊缝的几何形状，而且温度过高，容易引起构架的局部软化，温度过低，消除应力的效果不够明显。因此，部里应制定构架退火处理标准，以规范构架退火工艺。

2、振动时效消除残余应力，长客厂、浦厂、唐山厂采用该工艺，而且三个工厂做的试验不同，选用的设备、规范参数也不相同，三个工厂对处理的效果不做检查，振动时效可以部分地降低残余应力的峰值，但如果工艺规范参数选择不当，可能会产生新的残余应力，达不到消除应力的效果。因此，部里应制定振动时效的标准。

3、构架表面喷丸处理工艺研究。

要研究喷丸强化工艺对构架表面残余应力和疲劳强度的影响，并对喷丸工艺进行优化，确定最佳的丸粒直径、空气压力、喷丸速度、工件移动速度等参数。

六、优化转向架焊接工艺，不断提高焊接工艺水平

通过四个厂的评估，虽然四个工厂这几年焊接设备的水平在不断提高，四个工厂也都进行了不少焊接机械手，但普通存在焊接工艺较落后的现象，从而导致了构架焊接质量较差，疲劳强度低，影响了提速车的行车安全。因此，建议各工厂要进一步优化焊接工艺，不断提高焊接工艺水平，转变焊工的质量意识和观念，提高构架的焊接质量和疲劳强度。建议各工厂要做好以下几个方面的工作。

1、进一步提高构架组对的质量。

组对质量的好坏，直接影响到焊缝的焊接质量。从四个工厂的情况来看，四方厂构架组对质量较好，其它三个工厂构架组对质量较差，普遍存在组对间隙不均匀，坡口钝边大，工作表面质量差，点焊不规范，点焊缝有开裂和气孔等现象。有些工厂组装胎位精度差，构架组对精度不高，难以满足焊接要求。建议各工厂要重视组对质量，从基本抓起，否则焊接质量难以提高。

对于关键的受力焊缝，建议采用氩弧焊进行组对点焊和根部打底焊，这种工艺在国外高速构架的焊接中已被采用。

2、进一步优化转向架构架的焊接工艺，不断提高焊接工艺水平。

⑴目前四个工厂在构架焊接中已普遍采用富氩保护焊，焊接质量比原来有所提高。但所选用的焊丝为国产CO2焊丝，焊缝性能较差，建议各工厂选用富氩焊专用焊丝，以进一步提高焊缝的力学性能。

⑵采用药芯焊丝可以实现理想的凹型焊缝，减少焊接缺陷，提高焊缝内在质量，进一步提高焊缝的疲劳强度，但目前各工厂都没有使用药芯焊丝。建议各工厂尽快应用。

⑶在焊接接头设计、坡口设计、焊接工艺设计等方面，各工厂应吸收国内外先进经验，不断地进行试验验证，提高焊接工艺水平。同时，各工厂尽快淘汰老的焊机。购置性能较好的焊机，不断提高焊接设备的自动化水平。减少人为因素对焊接质量的影响。

⑷加强机械手焊接工艺的研究。四个工厂都引进了国外的焊接机械手焊接构架，但焊缝的焊接质量普遍不高，机械手的优点没有 得到充分发挥。建议各工厂要加大对机械手焊接工艺研究的力度。同时，还要研究焊接顺序对焊接变形的影响。尽量减少焊接变形和焊接残余应力。对主要受力焊缝和外观要求较高的焊缝，建议采用手工焊打底（或TIG焊打底），中间层采用富氩焊，表面采用机械手药芯焊丝盖面工艺，这样可提高焊接生产效率，使焊缝外观质量有较大提高。

⑸重视弧坑处理工作。目前 ，四个工厂对弧坑的处理都不重视，普遍存在弧坑裂纹、气孔等缺陷，对构架的疲劳强度有较大影响。建议各工厂在编制工艺文件时，对引弧端和弧坑处理要有明确规定。

七、建立焊接工艺评审和焊工考核制度，提高构架焊接质量

从四个工厂情况来看，普遍对工艺评定工作不够重视，有些工厂甚至没有开展此项工作。焊工考核四个工厂虽然都在进行。大多是形式主义，没有取得较好的效果。四方厂在焊工的培训考核方面做工的较好，构架的焊接质量较好，该厂经验值得推广。

1、建立焊接工艺评定制度。

焊接工艺评定可以在产品研制阶段验证明工艺能否满足设计要求。同时，根据工艺评定结果编制焊接工艺文件。为了使焊接工艺文件更趋实用、合理，便于焊工操作，建议编制焊接工序管理图代替产品图纸指导生产。（可参照四方厂经验）

2、加强焊工培训和考核工作。

加强焊工的培训和考核，定期组织焊工参加培训和资格考试，根据考核结果对焊工进行技能分级管理，使主要焊缝由高等级焊工焊接，同时，要根据产品情况制定准确的焊接技术额，促进焊工提高技术水平，确保构架的焊接质量达到设计要求。

3、对构架焊缝进行质量等级分类（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类），并制定不同等级焊缝的检验方法和检验标准。

建议构架的设计师对构架的所有焊缝进行等级分类，根据构架焊缝受力情况的不同进行分类，主要受力焊缝为Ⅰ类，要求采用超声波探伤，焊缝不允许有未焊透、未熔合、裂纹等缺陷；次要受力焊缝为Ⅱ类，要求采用磁粉探伤，表面不得有裂纹、气孔，咬边等缺陷；一般焊缝为Ⅲ类，要保证焊角尺寸，焊缝表面没有缺陷，不用探伤检查。

工艺人员根据构架焊缝的等级，选派不同的焊工进行焊接，这样就可以确保每条焊缝的焊接质量达到设计要求，也使构架的焊接质量有了保证。

八、加强学术交流、技术交流和技术攻关，不断提高提速转向架的制造水平。确保提速车转向架的质量达到设计要求。

建议铁道部和南北集团公司定期组织学术研讨会、技术经验交流会，不断提高各工厂的技术水平。同时，还应对各厂的共性问题组织联合攻关小组，充分发挥科研院所的作用和积极性，使科研更好地为生产服务，加快科技成果转化为生产力的速度。

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文章名称：《提高焊接转向架安全性能的建议》

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