摘要：近年来，如何矫正转向架构架焊接变形得到了业内的广泛关注，研究其相关课题有着重要意义。本文首先对相关内容做了概述，分析了构架焊接热应力以及焊接变形的主要原因，并结合相关实践经验，分别从多个角度与方面提出了控制焊接变形的针对性措施，阐述了个人对此的几点看法与认识，望有助于相关工作的实践。
关键词：转向架；构架；焊接；变形矫正
1前言
作为一项实际要求较高的实践性工作，转向架构架焊接变形的矫正有着其自身的特殊性。该项课题的研究，将会更好地提升对转向架构架焊接变形的分析与掌控力度，从而通过合理化的措施与途径，进一步优化该项工作的最终整体效果。
2概述
我国传统的主型转向架的材质为A3钢即Q235-C普通碳素结构钢，但是其抗拉强度低，不能减轻构架自重以及疲劳强度低，这些缺点都导致它不能适应客车高速运行的要求。随着客车的高速化成为了主流研究方向，转向架材料得到了飞速的发展。16MnR是压力容器用钢，PW-200型客车转向架的横梁、构架等关键部位材质为16MnR钢，南京浦镇车辆厂和长春客车厂均生产该型转向架。Q345-C国产材料普遍用于中车某子公司生产的地铁构架，随着氢的聚集倾向提高，16MnRQ345-C钢焊接接头的显微硬度也显著增大。在不同的硬度下接头都具有不同的开裂性能。焊接热输入的不同将导致开裂能力的变化。所以在焊接过程中我们要控制焊接线能量并进行焊后热处理。
3构架焊接热应力分析
3.1焊接热应力分析
构架焊接工艺多采用T型焊和对接焊，以构架侧梁为例，下盖板和左右节点座之间的对接焊。下盖板和左右立板之间的T型接头，左右立板和弹簧筒之间的的对接焊。操作工人手工焊接侧梁体内部焊缝。接着组对3个下盖板，接着组对上盖板，并进行组装点固焊，最后采用焊接机械手焊接侧梁体外焊缝。侧重于侧梁中部组装4个纵向长T焊缝（包含两端节点座处的弧焊缝）和两个横向对接焊焊缝进行分析。
3.2分析模型建立
电脑配置为AMDA8-4500M（1.9GHz），2.74GB可用内存，软件ANSYS14.0。具体步骤如下：（1）建立构架三维模型，采用solidworks软件进行构建3D模型构建。构架整个侧梁组装焊接为反组对工艺，即在侧梁组装胎上先对上盖板与两个腹板及各内部筋板和加强板进行组装点固焊，焊后在焊接变形器上，焊接T型角焊。（2）进入ANSYSWorkbench14.0进行热力学分析；首先进行热力学模型的搭建。solidworks模型中，A部分为模型的稳态热过程（SteadyStateThermal），B为模型的瞬态热过程（TransientThermal），C为模型的结构静力学分析（StaticStructural）。（3）进行模型的EngineeringData设置，包含模型几何参数、材料性能参数以及所施加的边界条件，以供ANSYS软件进行热力学计算用，具体的EngineeringData材料属性设置。
3.3构架焊接热应力分析
焊接接头材料选用16MnQ345，焊接单元在单位体积、单位时间上的热生成强度，材料的焊接最高温度为1700℃[4]。建立类模型并划分网格对该工件进行温度场分析，采用空冷冷却流体分析方法，经由稳态热分析→瞬态热分析→热应力分析得到CRH1型地铁焊接构架稳态温度分布，其焊接自由变形及热应变分布。
4焊接变形的主要原因
4.1工艺原因
在焊接操作时，涉及了较多的工艺技巧，例如工艺参数、热输入量、方式方法、先后顺序、构件位置、多层焊、胎架以及夹具，每一项工艺都会不同程度的影响焊接变形情况，由此证明，工艺因素对于焊接变形具有深刻的影响。
4.2材料原因
一般情况下，材料的热物理以及力学性能参数是影响焊接变形的主要原因。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在实际的应用中，因热物理性能的参数中，热传导系数与温度梯度间成反比关系，当温度梯度较大时，焊接变形也就会更为明显。此外，影响焊接变形的因素还包括力学性能参数中的热膨胀系数，二者之间成正比关系；而在高温区的材料屈服极限以及弹性模量以及温度的变化也会影响焊接变形，其与弹性模量之间存在反比关系。
4.3结构原因
焊接结构能够对焊接变形产生最为深刻的影响，据相关数据调查分析表明，当焊接中的拘束度升高时，相应的焊接残余应力也会随之增多，但是焊接变形会有一定的降低。一般情况下，在焊接中，拘束度一般分为工件本身以及外加拘束度两种。而工件本身的拘束度不会一直保持不变，当结构较为复杂时，在焊接中，拘束作用就会发挥主导作用，拘束度的变化情况与结构的复杂度之间呈现正比关系。在实际的应用中，会应用装入加强筋板以及加强板，从而使结构更加稳定以及刚性化。与此同时，也会带来一定的弊端，使焊接结构更为复杂化，在此区域的拘束度也会相应增大，在探究以及掌控结构焊接变形时更为艰难。由此证明，将加强筋板以及加强板的位置以及数量进行一定的改进，能够有效的遏制焊接变形带来的弊端。
5控制焊接变形的针对性措施
焊接变形在工艺经过多年的研究发展，有了较大的成效，研究出了多种分析方法，例如。解析法、经验法、热弹性有限元法、有线弹性体积收缩法等等，与此同时，还应用了较为小型的焊接构件，有了一定的成效。但是，目前为止，还未有发现应对大型且复杂的高速动车组转向架焊接构架的分析方式。
在实际的构架制作中，因为材料在选择以及使用方面是不变的，所以就更加需要灵活的结构以及工艺。因为设计对结构有一定的制约作用，所以在设计中应尽量规避构架焊接变形的情况，不然会增加额外不必要的工序，使生产周期加长，同时也会导致产品的生产成本增加。在实际的应用中，还需从设计以及工艺方面加强研究，使焊接变形控制领域有效发展以及改进。
5.1设计措施
1、在设计中，应将焊缝的数量降至最低，并在筋板形状的选择上慎重考虑，设定筋板的位置时也需多加考虑，以达到使结构强度达到一定的要求，将焊接变形的情况降至最低。2、在焊缝尺寸以及形式的选择上，也需要多加考虑，因为焊接量与焊接变形之间成正比关系，焊接量的增大就是导致焊接变形的情况增多，不利于转向架的制作。此外，在设计中，还需精确计算焊缝的尺寸，在结构承载能力得到充分保证的前提下，最好选择小尺寸的焊缝，针对于丁字以及十字接头处承载力较大的情况，在强度达到一定要求时，就可以采取开坡口形式的焊缝以使焊接变形的情况降至最低。3、对焊缝的位置进行规划，在实际的设计中，焊缝应设计在焊接结构截面中性轴上，或者与中性轴最接近的地方，以使梁、柱等结构的挠曲变形的情况降至最低。
5.2工艺措施
在制造的过程中，应该采取一定的措施以保证焊接构件的产品能够符合一定的要求。其中，对于焊接变形的控制上，一般分为三个阶段，分别为焊接前的预防、焊接中控制以及焊接后的矫正。
5.2.1焊接前预防策略
一般分为预变形法、刚性固定组装法以及预拉伸法。预变形法能够有效的评估出待焊工件的变形大小情况以及方向。刚性固定组装法起到了对被焊工件固定的作用，可以避免待焊构件出现变形的情况。预拉伸法主要就是将焊接残余应力最大化的减少，使焊接变形的情况得到有效的遏制。
5.2.2焊接中控制
应尽可能的采用线能量较低的方式，选取适合的焊接参数以及顺序，使焊接变形得到有效的控制。
5.2.3焊接后较早
一般分为加热以及机械两种矫正法，以使构件焊接后出现的残余变形情况得到有效的降低甚至清除。
6结束语
综上所述，加强对转向架构架焊接变形矫正问题的研究分析，对于其良好焊接效果的取得有着十分重要的意义，因此在今后的转向架构架焊接变形矫正过程中，应该加强对其关键环节与重点要素的重视程度，并注重其具体实施措施与方法的科学性。
参考文献
[1]李建欣.高速动车组转向架构架的焊接变形控制措施[J].上海工程技术大学学报.2017（11）：60-62.
论文作者:梁赛,万国龙,张岩
论文发表刊物:《基层建设》2017年第34期
论文发表时间:2018/4/3
标签：构架论文; 转向架论文; 结构论文; 情况论文; 模型论文; 工艺论文; 材料论文; 《基层建设》2017年第34期论文;