高速列車焊接轉(zhuǎn)向架構(gòu)架材料及性能研究進(jìn)展

（四川西冶新材料股份有限公司，四川 成都 611730）

0 前言

我國(guó)軌道交通事業(yè)進(jìn)入迅速發(fā)展期，特別是高速列車由于其快速、安全、節(jié)能環(huán)保、運(yùn)載量大等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛應(yīng)用。在軌道裝備業(yè)制造中，車體由轉(zhuǎn)向架支撐，具備轉(zhuǎn)向和制動(dòng)功能，確保動(dòng)車組在軌道上安全平穩(wěn)地運(yùn)行[1]。轉(zhuǎn)向架直接與輪軌相互作用，是決定列車走行性能最為關(guān)鍵的部件[2]。作為軌道交通高速列車車體承載的關(guān)鍵構(gòu)件，轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的焊接生產(chǎn)質(zhì)量對(duì)列車品質(zhì)和行車安全都具有十分重要的意義[3]。轉(zhuǎn)向架構(gòu)架焊接技術(shù)一直是研究的熱點(diǎn)和重點(diǎn)，其中材料和焊接工藝是決定制造水平的關(guān)鍵因素。

在焊材方面，進(jìn)口材料主要有奧地利BOHLER公司NiCu1－IG和林肯公司JM－55Ⅱ焊絲；國(guó)內(nèi)僅大西洋焊材公司有轉(zhuǎn)向架焊絲。轉(zhuǎn)向架構(gòu)架結(jié)構(gòu)復(fù)雜，焊接質(zhì)量不穩(wěn)定的問題較為突出。從焊材在主機(jī)廠實(shí)際使用結(jié)果來看，主要體現(xiàn)在焊接過程中飛濺較大，小電流過渡穩(wěn)定性還有待提高，容易出現(xiàn)氣孔、夾渣等，在角焊縫、環(huán)形焊縫部位容易出現(xiàn)咬邊等缺陷，易造成應(yīng)力集中，成為疲勞源。在腐蝕性能研究方面國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)很少，疲勞性能的研究主要集中在評(píng)估方法和工藝研究方面，從焊接材料方面來改善接頭疲勞性能也無相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道。因此，加強(qiáng)高速列車材料、工藝以及結(jié)構(gòu)可靠型研究，準(zhǔn)確估計(jì)力、振動(dòng)、加速度、溫度、氣候等服役環(huán)境因素，采用新材料、新技術(shù)、新工藝來保障焊接構(gòu)架的接頭性能顯得尤為迫切。

1 轉(zhuǎn)向架材料研究現(xiàn)狀

1.1 轉(zhuǎn)向架用鋼現(xiàn)狀

轉(zhuǎn)向架構(gòu)架母材和焊接接頭應(yīng)具有良好的力學(xué)性能、疲勞強(qiáng)度和耐蝕性。我國(guó)早期鐵路車輛轉(zhuǎn)向架采用普通碳鋼如Q235、A3鋼[4]，隨著對(duì)列車運(yùn)行速度和運(yùn)載能力要求的提高，對(duì)轉(zhuǎn)向架焊接構(gòu)架的材質(zhì)性能提出了更加苛刻的要求。目前，轉(zhuǎn)向架焊接構(gòu)架常用材料為Q345E、S355系列鋼、SMA490系列鋼等。為研制更高速的東北新干線列車，日本JR東海公司于2002年開始360 km/h的Fastech360試驗(yàn)列車的研發(fā)，分為 E954、E955兩種型號(hào)，于2005年和2006年進(jìn)行線路試驗(yàn)，最高試驗(yàn)速度達(dá)到398 km/h。E954型試驗(yàn)列車的轉(zhuǎn)向架型號(hào)為DT9039，構(gòu)架鋼材型號(hào)為SMA490。

在低合金和耐候鋼方面[5－7]，S355J2W耐候鋼是按照歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN10025生產(chǎn)的一種低合金耐候結(jié)構(gòu)，具有良好的耐候性、力學(xué)性能和焊接性。法國(guó)國(guó)營(yíng)鐵路的現(xiàn)代化車輛的焊接轉(zhuǎn)向架鋼材型號(hào)為P275NL1；德國(guó)鐵路客車轉(zhuǎn)向架鋼材型號(hào)為S355J2W；我國(guó)在CRH3轉(zhuǎn)向架的基礎(chǔ)上自主創(chuàng)新研制了CRH380BL高速列車轉(zhuǎn)向架，其線路最高試驗(yàn)速度達(dá)到487 km/h。該轉(zhuǎn)向架所用材料為S355J2W+N型結(jié)構(gòu)鋼，國(guó)內(nèi)外典型轉(zhuǎn)向架轉(zhuǎn)向架鋼板主要性能指標(biāo)如表1所示。

表1 國(guó)內(nèi)外典型轉(zhuǎn)向架母材力學(xué)性能要求

我國(guó)相繼研制了諸如16Mn、Q345E、14MnNbq、16MnNbq等轉(zhuǎn)向架所用的鋼材牌號(hào)，如表2所示。和諧號(hào)系列動(dòng)車組采用的轉(zhuǎn)向架類型及構(gòu)架材料如表3所示。

表2 國(guó)內(nèi)不同系列客車焊接轉(zhuǎn)向架構(gòu)架材料牌號(hào)

表3 CRH系列高速列車轉(zhuǎn)向架用板材

國(guó)內(nèi)高速列車歐系車轉(zhuǎn)向架使用鋼材主要牌號(hào)為S355J2W+N、S355J2G3，化學(xué)成分與力學(xué)性能相當(dāng)于國(guó)產(chǎn)耐候鋼牌號(hào)09CuPCrNi－A，355J2W+N鋼是具有耐大氣腐蝕性能的改良型耐候結(jié)構(gòu)鋼，正火狀態(tài)供貨，是國(guó)產(chǎn)CRH380BL動(dòng)車組轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)的主要材料。S355J2W耐候鋼主要應(yīng)用于CRH3轉(zhuǎn)向架構(gòu)架側(cè)梁及側(cè)梁與橫梁的連接處，典型成分如表4所示。

表4 S355J2W鋼化學(xué)成分典型值%

1.2 轉(zhuǎn)向架焊材研究現(xiàn)狀

在國(guó)產(chǎn)轉(zhuǎn)向架焊絲合金及力學(xué)性能研究方面，國(guó)內(nèi)研究機(jī)構(gòu)及相關(guān)文獻(xiàn)均很少。金屬所陸善平[8]等人對(duì)轉(zhuǎn)向架焊絲合金成分進(jìn)行了探索，主要研究200 km時(shí)速的列車轉(zhuǎn)向架材料和焊縫金屬，設(shè)計(jì)了5種不同成分的焊接材料，并采用富氬氣體保護(hù)焊工藝對(duì)S355J2G3鋼板進(jìn)行焊接工藝試驗(yàn)，研究微量合金元素Ti在焊態(tài)和焊后退火態(tài)下對(duì)焊縫金屬組織和焊接接頭性能的影響。大連交通大學(xué)王君杰[9]采用韓國(guó)產(chǎn)焊絲SM－70焊接轉(zhuǎn)向架專用Q345E鋼；孟陽輝[10]采用冶金方法研制與09CuPTiRe鋼匹配的抗低周疲勞性能達(dá)到14MnNb焊接接頭水平的耐候鋼焊絲。

近年來，隨著我國(guó)列車速度的不斷提高，對(duì)轉(zhuǎn)向架焊接構(gòu)架的沖擊性能提出了更高要求。白志范[11]等人采用H08MnSiCuCrNiⅡ焊絲，利用焊接機(jī)器人對(duì)S355J2W鋼進(jìn)行MAG焊，分析焊接接頭的顯微組織和力學(xué)性能。盧峰華[12]等人采用G424G3Si1焊絲對(duì)S355J2W+N耐候鋼進(jìn)行MAG焊，分析接頭的力學(xué)性能和顯微組織。

在焊材研發(fā)及制造企業(yè)中，國(guó)內(nèi)僅有大西洋和林肯錦泰公司有軌道機(jī)車轉(zhuǎn)向架焊絲。林肯錦泰公司轉(zhuǎn)向架焊絲對(duì)應(yīng)牌號(hào)為JMTM－55Ⅱ，大西洋焊絲對(duì)應(yīng)牌號(hào)為CHW－55CNH，典型成分和性能分別如表5和表6所示。從主機(jī)廠實(shí)際使用結(jié)果來看，轉(zhuǎn)向架構(gòu)架結(jié)構(gòu)復(fù)雜，焊接質(zhì)量不穩(wěn)定的問題較為突出。主要體現(xiàn)在：焊接過程中飛濺較大，小電流過渡穩(wěn)定性有待提高；容易出現(xiàn)氣孔、夾渣等問題，往往容易成為疲勞源；在角焊縫、環(huán)形焊縫部位容易出現(xiàn)咬邊等缺陷，需要進(jìn)行二次補(bǔ)焊，易造成應(yīng)力集中，成為疲勞源。

表5 轉(zhuǎn)向架典型焊絲實(shí)測(cè)化學(xué)成分%

表6 轉(zhuǎn)向架典型焊絲熔敷金屬力學(xué)性能

在進(jìn)口焊材的應(yīng)用方面，CRH3高速列車轉(zhuǎn)向架構(gòu)架曾采用富氬混合氣體保護(hù)焊，焊絲NiCu1－IG由奧地利BOHLER公司提供，成分如表7所示，屬于Ni－Cu系耐候焊絲，微合金元素控制不明確，國(guó)內(nèi)尚無相應(yīng)的焊接材料牌號(hào)。目前國(guó)內(nèi)典型的高速動(dòng)車組制造企業(yè)主要選用林肯的JMTM－55Ⅱ焊絲。在有軌電車轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的焊接中，成都某公司選用了瑞典ESAB耐腐蝕焊絲OK AristoRod 13.26在有軌電車轉(zhuǎn)向架構(gòu)架中進(jìn)行焊接試驗(yàn)，焊接工藝仍在探索中。焊材化學(xué)成分如表8所示，力學(xué)性能結(jié)果沒有相應(yīng)報(bào)道。

表7 NiCu1-IG焊絲化學(xué)成分%

從轉(zhuǎn)向架焊接材料的使用效果來看，進(jìn)口焊材NiCu1－IG與母材S355J2W為高強(qiáng)匹配。焊接接頭的沖擊韌性結(jié)果表明，焊縫金屬是接頭的薄弱環(huán)節(jié)，熱影響區(qū)的沖擊韌性均高于焊縫金屬。ESAB焊絲OK AristoRod 13.26低溫沖擊韌性較好，－40℃沖擊功為70～80 J。林肯公司JMTM－55Ⅱ和大西洋公司的CHW－55CNH轉(zhuǎn)向架焊絲總體而言力學(xué)性能優(yōu)異，－40℃低溫沖擊功保持在100 J以上，力學(xué)性能完全滿足設(shè)計(jì)要求。

另外，我國(guó)南北氣候溫差大，鐵道車輛服役的環(huán)境溫度差異大，氣候變化復(fù)雜，所用鋼種及焊材應(yīng)具備較好的耐腐蝕性和疲勞性能，還需考慮極低溫度下的沖擊韌性，特別要求－60℃沖擊功保持在優(yōu)良水平，以保證高寒地區(qū)車輛的行車安全和大修周期。特別是在俄羅斯等嚴(yán)酷氣候條件的國(guó)家及地區(qū)修建高鐵，更需要開發(fā)適應(yīng)廣域環(huán)境的、操作性能優(yōu)良的、高寒高韌性新型焊接材料。

2 焊接轉(zhuǎn)向架性能研究現(xiàn)狀

高速列車轉(zhuǎn)向架是高速列車最主要的部件之一，其性能與列車的安全性、可靠性、舒適性、環(huán)保性密切相關(guān)。目前我國(guó)正處于客車高速發(fā)展階段，隨著客車車速的不斷提高，各種垂向、縱向、橫向載荷及疲勞問題較為復(fù)雜，導(dǎo)致轉(zhuǎn)向架出現(xiàn)疲勞損傷和斷裂的幾率升高，進(jìn)一步提高轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的焊接接頭性能對(duì)列車安全行駛有著至關(guān)重要的作用。

2.1 焊接構(gòu)架工藝研究現(xiàn)狀

轉(zhuǎn)向架構(gòu)架是車輛結(jié)構(gòu)中較為復(fù)雜的部分，通常采用焊接結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)的焊接工藝以前采用焊條電弧焊[13]，現(xiàn)在主要采用MAG焊。MAG焊接質(zhì)量穩(wěn)定可靠、適用范圍廣，目前的研究范圍已經(jīng)相當(dāng)廣闊且深入。因此，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者將目光投向了研究轉(zhuǎn)向架構(gòu)架焊接新工藝，以期解決轉(zhuǎn)向架焊接過程中出現(xiàn)的問題。

周得剛[14]等人采用TIG焊對(duì)轉(zhuǎn)向架焊接構(gòu)架用鋼的焊接進(jìn)行了焊接工藝評(píng)定，試驗(yàn)結(jié)果表明，Q345C鋼采用TIG焊接具有較好的抗裂性能。姚鵬[15]等人基于超威弧特性對(duì)轉(zhuǎn)向架用S355J2W耐候鋼進(jìn)行工藝試驗(yàn)研究，優(yōu)化焊接參數(shù)，得到焊縫成形符合要求的對(duì)接和T型接頭，測(cè)定的力學(xué)性能也符合標(biāo)準(zhǔn)。超威弧與傳統(tǒng)噴射過渡MAG電弧相比，其存在的問題是只有當(dāng)焊接電流足夠大時(shí)，其深熔特性才更為顯著，因而導(dǎo)致超威弧焊接工藝參數(shù)可選范圍存在局限性。劉爽、李業(yè)雄和高丹丹分別對(duì)轉(zhuǎn)向架用S355J2W耐候鋼進(jìn)行了激光－MAG復(fù)合焊工藝試驗(yàn)，優(yōu)化了焊接參數(shù)，獲得較為理想的焊接接頭，焊縫熔透好、無咬邊等焊接缺陷，接頭力學(xué)性能和抗疲勞性能也都符合要求，基本解決了轉(zhuǎn)向架構(gòu)架焊接接頭根部未焊透問題。中車青島四方股份的吳向陽[16]采用等離子－MAG復(fù)合熱源焊接技術(shù)焊接S355J2W耐候鋼，與MAG焊相比，等離子－MAG復(fù)合焊接頭的晶粒尺度有所減小，焊接接頭的抗拉強(qiáng)度有所提高，沖擊韌性也得到改善，其焊接接頭的疲勞強(qiáng)度有所提高。

2.2 焊接構(gòu)架疲勞性能研究現(xiàn)狀

隨著列車運(yùn)行速度的提高和振動(dòng)程度的加劇,車輛的承載狀況變得十分惡劣，嚴(yán)重影響轉(zhuǎn)向架的使用壽命。焊接接頭固有的焊接缺陷使得高速列車疲勞失效的大部分發(fā)生在焊縫位置[17]。在以往的鐵道車輛運(yùn)行中，焊接構(gòu)架顯現(xiàn)出許多疲勞可靠性方面的問題。如提速客車轉(zhuǎn)向架209HS和CW－2等在投入正式運(yùn)營(yíng)前雖已通過有限元強(qiáng)度分析和疲勞試驗(yàn),但在運(yùn)營(yíng)中依然出現(xiàn)焊縫開裂、吊桿座和減振器座開裂、側(cè)梁立板撕裂等問題，嚴(yán)重危及行車安全[18]。高速列車結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和制造雖然充分考慮了強(qiáng)度和安全系數(shù)問題，并分階段進(jìn)行了室內(nèi)試驗(yàn)和線路試驗(yàn)，但傳統(tǒng)方法中，列車處于正常載荷水平，結(jié)構(gòu)部件也處于正常工作狀態(tài)。疲勞是一個(gè)長(zhǎng)期累積的過程，在傳統(tǒng)方法的基礎(chǔ)上，還需分析列車的疲勞強(qiáng)度，才能得到與實(shí)際情況相近的列車疲勞壽命[19]。

國(guó)內(nèi)外對(duì)構(gòu)架疲勞的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)包括TB/T2368、UIC515、UIC615、EN 13749、JISE4207、JISE4208等，各種標(biāo)準(zhǔn)定義的載荷、工況和考核準(zhǔn)則均不一樣；疲勞分析方法也包括各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)（包括IIw、BS、EN、JIS等)，涉及到S-N曲線法、熱點(diǎn)應(yīng)力法、裂紋擴(kuò)展法等[19]；董平沙[20]研究了一種主S-N曲線法（DONG法）；所有這些方法或標(biāo)準(zhǔn)中也只有日本標(biāo)準(zhǔn)JIS E4207根據(jù)斷裂力學(xué)的裂紋擴(kuò)展法對(duì)焊根處的疲勞壽命做出詳細(xì)規(guī)定，其他標(biāo)準(zhǔn)只是簡(jiǎn)單地將焊根疲勞失效歸類到某一類接頭類型中。

高速列車轉(zhuǎn)向架在疲勞性能和疲勞評(píng)定方法方面主要通過多體動(dòng)力學(xué)仿真和有限元仿真分析方法相結(jié)合進(jìn)行研究。Mika Backstorm對(duì)不同焊接接頭形式的多軸疲勞損傷進(jìn)行評(píng)估；Davood Younesian，Ali Solhmirzaei等人[21]分別采用時(shí)域的積累損傷法和頻域疲勞分析法對(duì)MD36、MD523兩種轉(zhuǎn)向架的疲勞性能進(jìn)行模擬分析，結(jié)合瑞利法預(yù)測(cè)不同速度和不同軌面粗糙度情況下的疲勞壽命；M.Kassner等先利用有限元建立構(gòu)架模型，而后通過累積損傷法和疲勞極限法對(duì)構(gòu)架上能提取名義應(yīng)力的焊接結(jié)構(gòu)進(jìn)行疲勞仿真分析，針對(duì)焊接構(gòu)架上無法提取名義應(yīng)力的邊界區(qū)域則采用缺口應(yīng)力法來進(jìn)行疲勞分析。

目前我國(guó)主要參照國(guó)際鐵路聯(lián)盟UIC、歐盟EN和日本JIS規(guī)范等標(biāo)準(zhǔn)評(píng)估車輛轉(zhuǎn)向架的焊接結(jié)構(gòu)架疲勞強(qiáng)度。繆龍秀等人[22]通過應(yīng)力譜法繪制客車轉(zhuǎn)向架焊接構(gòu)架的應(yīng)力譜，利用實(shí)際的應(yīng)力譜和疲勞數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)深入研究恒載荷下轉(zhuǎn)向架焊接構(gòu)架的疲勞可靠性及壽命。王成國(guó)等人[23]采用疲勞強(qiáng)度數(shù)值解析法估算轉(zhuǎn)向架的疲勞壽命。秦國(guó)棟等人[24]通過評(píng)估提速客車轉(zhuǎn)向架焊接構(gòu)架疲勞強(qiáng)度，在累積破壞率的基礎(chǔ)上建立了非線性二維疲勞累積準(zhǔn)則及疲勞可靠性分析判據(jù)，并對(duì)構(gòu)件的疲勞壽命及可靠性分析進(jìn)行建模。荊志勇等人[25]運(yùn)用有限元法對(duì)CRH5動(dòng)車組轉(zhuǎn)向架進(jìn)行強(qiáng)度分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。劉肅云[26]重構(gòu)得出16Mn（Q345）鋼3種埋弧焊焊接接頭的疲勞可靠性曲線，通過有限元分析軟件獲得CRH2焊接構(gòu)架在疲勞組合載荷下的應(yīng)力值。趙建明[27]采用逼近法確定不同類型的焊接接頭試樣的條件疲勞極限。陶傳奇[28]采用藥芯焊絲研究鐵路客車轉(zhuǎn)向架MAG焊接頭的疲勞性能。楊亞強(qiáng)[29]建立了考慮焊縫形狀子樣的構(gòu)架焊接模型，運(yùn)用焊接子樣的超長(zhǎng)壽命的疲勞試驗(yàn)結(jié)果，評(píng)估典型焊接構(gòu)架的疲勞壽命。鄧銳[30]研究了焊接熔合區(qū)應(yīng)力時(shí)間歷程用于構(gòu)架壽命評(píng)估，為大型構(gòu)件焊接區(qū)壽命評(píng)估提供了新途徑。

在疲勞可靠性研究方面，西南交大的盧耀輝[17]分析構(gòu)架的焊接缺欠，分別采用熱彈－塑性法和固有應(yīng)變法對(duì)其焊接變形進(jìn)行了有限元數(shù)值模擬，采用多項(xiàng)式轉(zhuǎn)化法獲得構(gòu)架的應(yīng)力譜，對(duì)構(gòu)架進(jìn)行了疲勞壽命和耐久性裂紋擴(kuò)展分析，研究構(gòu)架模態(tài)對(duì)疲勞壽命的影響，得到影響構(gòu)架疲勞壽命的關(guān)鍵模態(tài)。周張義[31]則以高速貨車為研究對(duì)象，包括不同結(jié)構(gòu)部位疲勞設(shè)計(jì)載荷、強(qiáng)度評(píng)定準(zhǔn)則和實(shí)用疲勞強(qiáng)度分析方法的確定，具體疲勞強(qiáng)度分析的實(shí)施及依據(jù)評(píng)定結(jié)果提出結(jié)構(gòu)改進(jìn)方案等內(nèi)容進(jìn)行研究，深入研究了焊接殘余應(yīng)力、低應(yīng)力超長(zhǎng)壽命疲勞、二軸復(fù)合應(yīng)力疲勞及焊后改進(jìn)工藝4類關(guān)鍵疲勞影響因素在強(qiáng)度評(píng)定中的合理修正準(zhǔn)則，提出了工程應(yīng)用的建議。王勇[32]分別采用CHW－55CNH型和JM55－Ⅱ型兩種焊絲焊接成對(duì)接試板，比較兩種焊絲焊接的異種鋼板焊縫兩側(cè)基本性能及疲勞性能的差異。繪制S-N曲線，確定循環(huán)1×107次得疲勞極限強(qiáng)度。楊爽[33]對(duì)CRH3型高速列車轉(zhuǎn)向架焊接構(gòu)架采用不同方法進(jìn)行疲勞壽命預(yù)測(cè)，并優(yōu)選出結(jié)構(gòu)應(yīng)力法相比其他方法優(yōu)勢(shì)更為明顯。呂任遠(yuǎn)[34]研究焊接工藝參數(shù)、保護(hù)氣體比例、焊后熱處理以及焊道TIG重熔等工藝對(duì)高速列車轉(zhuǎn)向架ST－52鋼焊接接頭疲勞性能的影響，從焊接工藝角度來提高焊接接頭疲勞性能。陶傳奇[35]也通過研究接頭設(shè)計(jì)、施工管理以及改善殘余應(yīng)力等焊接工藝來提高構(gòu)架的疲勞強(qiáng)度。

2.3 焊接構(gòu)架腐蝕性能研究現(xiàn)狀

列車在運(yùn)行過程中，焊接轉(zhuǎn)向架往往與潮濕的空氣、海氣以及列車內(nèi)部排泄的微生物等介質(zhì)密切接觸，極易發(fā)生腐蝕。因此，研究焊接轉(zhuǎn)向架的電化學(xué)腐蝕機(jī)理尤為重要[36]。國(guó)際鐵盟標(biāo)準(zhǔn)（UIC）規(guī)定轉(zhuǎn)向架焊接構(gòu)架的使用壽命為30年，或者運(yùn)行里程達(dá)600萬km（相當(dāng)于每年20萬km），而我國(guó)只規(guī)定了30年的使用壽命[37]。對(duì)于金屬電化學(xué)腐蝕的研究，國(guó)內(nèi)外已有諸多研究成果發(fā)表，但關(guān)于焊接轉(zhuǎn)向架腐蝕研究的文獻(xiàn)報(bào)道不多。

隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，幾乎所有型號(hào)的鐵路車輛都存在腐蝕問題，銹蝕部位和狀況主要表現(xiàn)在：各種形式焊接轉(zhuǎn)向架的縱向拉桿座、搖動(dòng)臺(tái)吊座的座板和筋板處的腐蝕狀況比較嚴(yán)重，中央懸掛部位的各座和各管卡座的焊縫部位發(fā)生的腐蝕尤為嚴(yán)重，部分轉(zhuǎn)向架甚至出現(xiàn)管卡座脫落現(xiàn)象；其中U型轉(zhuǎn)向架的腐蝕部位主要發(fā)生在構(gòu)架側(cè)梁和搖枕底部，H型轉(zhuǎn)向架則發(fā)生在中央懸掛部分，尤其是搖動(dòng)臺(tái)[37]。文獻(xiàn)[31，35]統(tǒng)計(jì)了 2009～2011 年期間因表面腐蝕造成的更換或補(bǔ)強(qiáng)的焊接轉(zhuǎn)向架數(shù)目，根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，我國(guó)轉(zhuǎn)向架的平均使用年限為16～19年，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于規(guī)定的報(bào)廢年限，造成大量的經(jīng)濟(jì)損失。焊接轉(zhuǎn)向架腐蝕的原因?yàn)閇38]：①焊接轉(zhuǎn)向架材質(zhì)問題；②運(yùn)行維護(hù)工作不當(dāng)；③長(zhǎng)期受到強(qiáng)酸或強(qiáng)堿等不良環(huán)境的影響；④段修中焊接轉(zhuǎn)向架防腐油漆的涂裝工藝存在缺陷；⑤段修中焊接轉(zhuǎn)向架腐蝕問題無具體處置措施。牛義春[38]分析認(rèn)為轉(zhuǎn)向架腐蝕過快，應(yīng)該對(duì)焊接轉(zhuǎn)向架從結(jié)構(gòu)、材質(zhì)尤其是耐腐蝕、高強(qiáng)度等性能進(jìn)行優(yōu)化。于喜年[39]認(rèn)為改進(jìn)焊接工藝也是提高防腐蝕的重要方法。陰敬甲[6]研究了CRH3高速列車S355J2W轉(zhuǎn)向架焊接接頭的腐蝕性能，提出退火焊道耐腐蝕性能優(yōu)于焊態(tài)接頭。但是從焊接材料合金優(yōu)化設(shè)計(jì)方面考慮提高焊接轉(zhuǎn)向架耐腐蝕性能的研究尚無正式報(bào)道。

3 轉(zhuǎn)向架焊接構(gòu)架未來方向

自2004年開始，轉(zhuǎn)向架已經(jīng)發(fā)展到第三代，中國(guó)中車等中國(guó)高鐵制造企業(yè)已經(jīng)形成了完善的高鐵標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車組轉(zhuǎn)向架的制造技術(shù)，中國(guó)第三代轉(zhuǎn)向架已經(jīng)由標(biāo)準(zhǔn)化、平臺(tái)化、系列化、代級(jí)化、參數(shù)化發(fā)展到了譜系化。動(dòng)力學(xué)未來研究已經(jīng)由經(jīng)驗(yàn)積累到經(jīng)驗(yàn)與仿真結(jié)合。在結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的損傷一致性、載荷譜引申出第三學(xué)科即模態(tài)振動(dòng)的引入使動(dòng)力學(xué)和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的界限變得模糊?？梢灶A(yù)見的是，下一代轉(zhuǎn)向架技術(shù)核心主要為機(jī)電一體化和輕量化。通過控制器和傳感器調(diào)控車體轉(zhuǎn)向架構(gòu)架輪，使其具有自檢測(cè)、自診斷、自調(diào)整、自適應(yīng)的自動(dòng)控制系統(tǒng)。

在新型材料研究方面，3D打印、鋁鎂等輕合金、碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料（CFRP）等新型材料技術(shù)的發(fā)展，必然會(huì)為綜合檢測(cè)、數(shù)據(jù)傳輸為手段的輕量化智能轉(zhuǎn)向架奠定堅(jiān)實(shí)的發(fā)展基礎(chǔ)。

（1）輕量化是必由之路。

構(gòu)架是安裝各種零部件的載體，承受和傳遞垂向力、水平力和扭矩等。采用高強(qiáng)度、輕量化的轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)，以降低輪軌間動(dòng)力作用。采用更高強(qiáng)度的構(gòu)架材料，如Q690系列貝氏體鋼板，可減少材料壁厚設(shè)計(jì)，有效降低構(gòu)架質(zhì)量。同時(shí)，開發(fā)出高強(qiáng)度高純凈度、滿足廣域環(huán)境（高寒地帶、嚴(yán)酷極端天氣）的新型焊接材料，將會(huì)不斷推動(dòng)轉(zhuǎn)向架構(gòu)架制造技術(shù)的發(fā)展。

（2）廣域環(huán)境下技術(shù)相容性。

隨著我國(guó)高速列車技術(shù)輸出的不斷拓展，中歐快鐵、俄羅斯高鐵、還有印尼等亞洲高鐵項(xiàng)目的建設(shè)對(duì)列車轉(zhuǎn)向架提出了更苛刻的要求。極端嚴(yán)寒的西伯利亞、高溫潮濕的南亞地區(qū)、橫跨海洋氣候的中歐地帶，在廣域環(huán)境下列車轉(zhuǎn)向架焊接需要著重考慮如何保證低溫環(huán)境下（-60℃）的行車安全。在焊接材料方面，開發(fā)更高強(qiáng)度的貝氏體焊接材料且-60℃低溫度沖擊韌性優(yōu)良，同時(shí)耐大氣和海水腐蝕性能優(yōu)良的新型焊接材料。

（3）長(zhǎng)壽命、高可靠性研究。

開發(fā)新型優(yōu)質(zhì)的轉(zhuǎn)向架焊接材料可提高轉(zhuǎn)向架構(gòu)架焊接接頭的安全可靠性。通過焊材合金優(yōu)化以提高焊縫耐腐蝕性能和材料焊接工藝適用性，特別是有效控制小電流焊接下焊接缺欠，以提高焊接接頭疲勞性能及服役壽命。對(duì)深埋缺欠有效預(yù)防和含有缺欠的接頭在服役中容許度的研究尤為必要。

（4）激光復(fù)合焊接技術(shù)。

激光作為新的焊接熱源，特別是激光復(fù)合焊接技術(shù)的不斷發(fā)展，必然會(huì)在工藝方面提升焊接結(jié)構(gòu)的可靠性，很好地推動(dòng)構(gòu)件的安全性。

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