地铁车辆转向架构架裂纹及其检查修复

朱荣久

摘 要：转向架是地铁车辆的最重要组成部件，它既承载着车辆自身的重量和載客重量，也担负着车辆沿着轨道走行的支承走行装置。其结构强度直接影响地铁车辆的运行安全。结构合理也直接影响车辆的运行品质、动力性能和行车安全。近年来，转向架构架受多种因素影响，构架局部位置出现裂纹，其结构安全逐步受到威胁，已引起各方的关注。

关键词：转向架构架 裂纹及焊接缺陷类型 裂纹焊修

1、转向架构架组成

目前地铁车辆应用的转向架大都采用无摇枕形式，具有结构简单、零部件少、重量轻、噪音低、维护工作量少等优点。转向架有动车转向架和拖车转向架。以动车构架为例，动车转向架主要由构架组成、轮对轴箱装置、二系悬挂装置、基础制动装置、驱动装置、中央牵引装置。动车构架主要由侧梁组成、横梁、电机吊座、齿轮箱吊座、托板组成、牵引拉杆座等组成。构架主要连接形式为焊接。

2、构架裂纹及焊接缺陷类型

2.1 构架裂纹

以动车构架为例，构架裂纹主要有横梁与小纵梁连接部裂纹、齿轮箱吊座根部裂纹、电机吊座与横梁连接部中部筋板尾部裂纹、电机吊座与横梁连接中部裂纹、牵引拉杆座裂纹、电机与横梁连接部根部裂纹，小纵梁与横梁焊接处裂纹。

2.2 构架焊接缺陷

构架焊接缺陷的位置有：附加气室漏风、压差阀处漏风、牵引拉杆与横梁连接处、牵引拉杆座缺陷、电机吊座、齿轮箱吊座等。

3、 构架裂纹及焊接缺陷原因分析

导致构架裂纹原因有诸多因素，有运行线路恶劣导致、构架结构设计、材料质量、焊接缺陷等因素。

①科学试验验证，在列车运行速度提高和载重量增加的状态下，通过部分轨缝时，构架横梁上下振动，激起构架共振趋势出现，导致横梁与小纵梁焊接处应力过大。齿轮啮合产生的作用反力，造成齿轮箱吊杆应力较大。在通过部分轨缝时，也激起横梁和电机吊座附近有共振趋势，导致电机吊座附近应力过大。

②构架结构设计，应具有一定的扭转刚度，利于适应轮轨面的垂直不平顺性。具有一定的横向弯曲刚度，尤其侧梁和端梁具有较大的刚度。具有一定的横向、垂向弯曲刚度，构架整体刚度较大，并具有较好的承载性。

③材料质量问题。材料在原始状态下含有夹杂、空洞等缺陷。这些缺陷是一种隐含的缺陷，在循环应力作用下，当满足一定条件时会发生扩展，扩展到一定长度时，就从缺陷引发初始裂纹，然后再扩展成局部裂纹，材料就会裂纹。

④焊接质量问题。焊接缺陷也是一种隐含的缺陷，在长期超载荷运行及恶劣环境下，从缺陷引发，当局部的最大应力或应变超过材料的疲劳极限时，损伤度开始累加。当损伤程度累加到某一极限值时，材料就发生破坏，从初始裂纹，然后再扩展成局部裂纹。焊接缺陷主要表现为：表面气孔、表面焊缝裂纹、咬边和焊瘤。焊接的内部缺陷有：未焊透、未熔合、夹渣等。

4、构架裂纹普查

构架裂纹检查一般采用目测方式或磁粉探伤方式进行，检查工作可在月修、年修、段修及厂修等修程期中进行。检查项点有电机吊座、齿轮箱吊座、牵引拉杆吊座、小纵梁焊接处等。检查构架是否有裂纹、漏风、油脂渗出等现象。

5、构架缺陷、裂纹修复准备

5.1 准备工作

①焊修环境要求

构架焊修工作场地要求：温度不得低于5℃，风速<2.8m/s，不许过堂风。

②工具设备准备和作业要求

常用设备和工具：电焊机，无损探伤设备，探伤材料，电动或风动角磨机、直棒砂轮、抛光砂轮、旋转锉、钢丝刷、扁铲，焊缝检测尺、手电筒、10倍放大镜，氧-乙炔火焰烤枪及试温笔，合适的焊接填充材料。

操作者作业时，劳保用品要准备充分，穿戴整齐。要做到一人指挥，协调作业。

③构架探伤和构架焊修人员资质

焊接作业人员具有相应的欧洲标准EN287-1 焊工资质证书（焊接位置：PF）；探伤人员必须具有中国铁道部颁发的磁粉Ⅱ级及以上级别或国际同等级及以上的技术资格证书。

④构架焊修流程

目测及探伤检查构架焊缝缺陷-缺陷评价-缺陷清除-清除后检验-补修焊接-补修焊接及过渡区域修磨-复查检验及评价-工作记录及拍摄照片。

⑤转向架缺陷焊修状态要求

在对转向架实施焊修过程中，不允许在转向架上施加载荷。对构架进行焊修时，应将转向架进行分解，在构架没有任何载荷作用下，开始焊修工作。

气孔直径1mm以下的符合标准ISO 5817-B要求，可以不做焊修处理。气孔直径为2mm的，需要进行打磨后焊补处理。

5.2 构架缺陷、裂纹焊修

5.2.1 构架焊接缺陷焊修方法

①焊接缺陷消除。选择合适角向砂轮机、旋转锉等磨削工具清理缺陷，将缺陷去除。并用磁粉探伤进行检查。

②焊修前清理。用角向砂轮（或旋转锉）、钢丝刷等工具将坡口内及焊缝周围清理干净，使焊缝区域露出金属光泽，准备焊接。

③地线连接。对地线连接固定位置进行清理，使焊接接地线安全可靠。

④焊后修磨。应严格按照施工工艺文件要求执行，焊缝饱满，清除焊缝的熔渣和飞溅，保证焊缝表面光滑、光洁。

⑤焊缝外观检查及磁粉探伤。焊缝区域冷却至少24小时后，对焊缝及修磨区域进行外观检查和磁粉探伤，确认无裂纹、无超标缺陷。否则应重新焊修。缺陷检查标准应按照ISO 5817-B级执行。

⑥焊接完成后应清除熔渣和飞溅，清理工作场地，整理工具。

5.2.2 构架裂纹焊修

构架裂纹分为非贯穿性裂纹和贯穿性裂纹。非贯穿性裂纹是在缺陷修磨清除过程中，未贯穿横梁（母材）。否则为贯穿性裂纹。这两种裂纹形式的焊修方式有所不同。贯穿性裂纹焊接时，首先进行打底焊接，焊接时分别沿口底部的两侧边缘逐道、交替纵向焊接，使缺口逐步缩小，至缺口宽度缩小至2～3mm宽，然后进行封口焊接。每焊一道后，认真进行层间清理。封口焊接后，后续的修补可按照一般性构架裂纹焊修进行。修磨区域的焊缝应与母材圆滑过渡，不应有棱、角等急剧变化。焊缝裂纹去除应以不伤及母材为原则。

构架裂纹焊修方法：

①裂纹消除及坡口制备。选择合适角向砂轮机、旋转锉等磨削工具清理裂纹，裂纹磨削去除修磨后的沟槽底部应为“U”型截面，其底部半径不小于5mm，以便于焊接和熔合。在整个修磨、复检和评价中，必须进行探伤确认。

②焊修前清理、地线连接、焊后修磨均可按照构架焊接缺陷焊修方法执行。

③焊接时应视制坡口的深度决定焊接层数和道数，多层焊接时，层间温度应低于250℃。

④层间清理。每焊接完一层后，要进行认真的层间打磨处理，然后再进行下道焊接。

⑤焊缝端头处理。如果焊缝端头没有燕尾成型或圆滑过渡，端头成型不良，易造成应力集中。

⑥焊缝外观检查及磁粉探伤。按照构架焊接缺陷焊修方法执行。

⑦焊接完成后应清除熔渣和飞溅，清理工作场地，工作记录和工具整理。

5.3 构架同处裂纹二次焊修要求

裂纹构架焊修应严格按照工艺文件要求执行，对转向架的同一处焊缝，允许进行焊修，但焊修次数不宜超过两次（原始第一次的施焊不计算在内）。

5.4 检查报告和记录

检查报告应包含构架三维检查、探伤检查报告、工作记录。工作记录应包含车组号、构架号、缺陷位置、缺陷描述、焊接描述、焊修日期及相关人员签字。

结束语：

转向架属于地铁列车走行关键部件，构架裂纹问题严重威胁着地铁列车安全运营，轻则造成列车脱轨，重则倾覆。对构架进行定期普查，构架裂纹焊修要严格按照“转向架构架缺陷焊修工艺文件”执行，同时还要加强构架焊缝焊修后的运用状态跟踪。endprint