成都地鐵2 號線橫梁整體組焊工藝驗證

陳江華 張世欣 李文 趙克儉

（南車青島四方機車車輛股份有限公司，山東 青島 266109）

1 前言

轉(zhuǎn)向架是車輛的走行部分，也是影響車輛行車安全的關(guān)鍵部位。而構(gòu)架是轉(zhuǎn)向架的骨架，承受著水平和垂向的作用力，橫梁是構(gòu)架的重要部分，橫梁組成的制造質(zhì)量是保證轉(zhuǎn)向架安全運行的一個重要方面，因此完善、合理的橫梁工藝是穩(wěn)定并提高制造質(zhì)量的關(guān)鍵。本文就橫梁焊接變形控制數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果，結(jié)合在生產(chǎn)制造中的實際，對成都地鐵2 號線橫梁整體組焊工藝驗證作簡單的闡述。

2 橫梁結(jié)構(gòu)特點

成都地鐵2 號線橫梁（動）由一位橫梁組成、二位橫梁組成、縱向輔助梁組成，與200 公里橫梁組成類似，其區(qū)別主要在于縱向輔助梁采用鋼管結(jié)構(gòu)與橫梁鋼管連接，而200公里橫梁縱向輔助梁采用箱體結(jié)構(gòu)，前者焊接量相對較大，焊接變形量較大，橫梁各部件尺寸控制難度增加。

圖1 橫梁組成（動)

3 工藝現(xiàn)狀及分析

3.1 工藝流程

按照現(xiàn)工藝流程，一位橫梁組成及二位橫梁組成單獨進行組焊、焊接，縱向輔助梁在構(gòu)架工序進行組焊、焊接。現(xiàn)組焊工藝方式操作簡單，一位、二位橫梁組成尺寸易控制，但未考慮縱向梁焊縫焊接后工件收縮導致尺寸超差問題，面對嚴峻的質(zhì)量形勢，改進現(xiàn)組焊工藝方式已刻不容緩。

3.2 存在問題

3.2.1 熱輸入量大導致工件嚴重收縮 縱向輔助梁組成與橫梁連接采用鋼管相貫形式結(jié)構(gòu)，焊縫結(jié)構(gòu)相對角焊縫較復雜，按照設(shè)計圖紙要求，焊角大小一般控制在30mm 以上才能保證焊縫打磨過渡弧度要求，焊接量較大。由于現(xiàn)有工藝裝備條件不允許出現(xiàn)復雜焊接順序，因此在實際生產(chǎn)過程中為提高生產(chǎn)效率，縱向輔助梁與橫梁連接焊縫一般集中在較短時間內(nèi)完成焊接，熱輸入量較大，焊縫金屬在冷卻過程中出現(xiàn)較大收縮現(xiàn)象。一、二位橫梁組成間距最大為452.5mm，側(cè)梁孔間距尺寸為452±0.5mm，在側(cè)梁孔間距尺寸不發(fā)生變化的前提下，一、二位橫梁組成間距工藝放量無法增加，縱向梁焊縫焊接完成后橫梁各組成件尺寸難以保證；

3.2.2 焊接角度差 構(gòu)架縱向輔助梁焊縫在一軸焊接轉(zhuǎn)胎上進行焊接，焊接角度無法調(diào)整，焊接角度不佳，焊縫成型較差；打磨過渡層焊縫如采用立向上焊接方式焊接，焊縫呈凸起狀，不易打磨，且打磨過渡層在消除熔合線時易出現(xiàn)傷母材現(xiàn)象，因此在實際生產(chǎn)過程中打磨過渡焊縫一般采取立向下焊接方式進行操作。焊縫缺陷主要為未熔合、夾雜等缺陷，探傷返修缺陷數(shù)量居高不下；

3.2.3 作業(yè)空間狹小 按照正常焊接、打磨要求，作業(yè)空間應(yīng)大于500X500mm2，齒輪箱吊及牽引座與側(cè)梁間空間僅為228X600mm2，作業(yè)空間狹小，焊接人員難以通過調(diào)整站位調(diào)整焊接角度，同時在狹小的空間條件進行打磨作業(yè)存在嚴重安全隱患；

3.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計及焊接變形分析

為摸索橫梁縱向輔助梁焊縫焊接變形規(guī)律，我們對10組構(gòu)架焊接后橫梁尺寸進行跟蹤統(tǒng)計（數(shù)據(jù)統(tǒng)計見表一），發(fā)現(xiàn)10 組成橫梁電機吊座、牽引座X 向尺寸均出現(xiàn)不同程度偏小。縱向輔助梁焊縫冷卻至室溫后，橫向收縮量為4～6mm，顯然在一、二位橫梁間距工藝放量不發(fā)生改變的前提下，僅通過對側(cè)梁孔間距尺寸工藝放量進行微調(diào)無法保證橫梁各部件尺寸。

圖2 電機吊座、牽引座X 向尺寸

表一 電機吊座、牽引座X 向尺寸統(tǒng)計記錄表

4 整體組焊工藝驗證

4.1 組焊工藝改進 按照原制造工藝已無法滿足設(shè)計要求及日益提高的產(chǎn)品質(zhì)量要求，結(jié)合我們在生產(chǎn)制造中的經(jīng)驗，我們可通過改變組焊工藝可達到控制橫梁尺寸目的，由現(xiàn)單根組焊、焊接更改為整體組焊、焊接方式，即一位橫梁組成、二位橫梁組成、縱向輔助梁進行整體組焊后再進行焊接。通過增加一、二位橫梁間距工藝放量尺寸抵消焊接變形收縮，達到尺寸控制目的。

4.2 合理制定工藝放量 根據(jù)表一數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果顯示，縱向輔助梁焊接完成后單側(cè)橫向收縮約4-6mm，同時一位、二位橫梁組成各部件焊接完成后收縮約2mm，根據(jù)制造過程中焊接變形收縮經(jīng)驗數(shù)據(jù)，初步可確定一、二位橫梁組成各部件尺寸工藝放量可按照+4～+5mm 控制。通過對焊后變形數(shù)據(jù)統(tǒng)計，不斷優(yōu)化工藝放量，最終確定單側(cè)各部件尺寸工藝放量為+3～+4mm。

4.4 作業(yè)條件改善 采用橫梁一軸焊接打磨轉(zhuǎn)胎，在焊接過程中可根據(jù)實際情況調(diào)整焊接角度，消除立向下焊接方式，同時由于無側(cè)梁限制，焊接、打磨作業(yè)空間均能滿足實際要求，作業(yè)條件得到較大改善，探傷返修缺陷數(shù)量亦得到有效控制。

4.3 焊接參數(shù)優(yōu)化 在保證焊縫內(nèi)部熔合的前提下，為減少焊縫熱輸入量，應(yīng)適當控制焊接參數(shù)，縱向輔助梁焊縫共4 層11 道。

圖3 焊道布置及焊接參數(shù)控制

4.4 規(guī)范焊接順序 焊接變形程度在一定程度上受焊接順序影響，合理的焊接順序可減小焊接變形量。從焊接變形控制及生產(chǎn)效率等方面考慮，結(jié)合已收集的工件焊后尺寸統(tǒng)計數(shù)據(jù)，對橫梁各焊縫焊接順序總結(jié)出以下幾點要求：

先焊短焊縫，后焊長焊縫，例如，齒輪箱吊及牽引座焊縫長度相對電機吊座焊縫長度尺寸較短，在焊接時應(yīng)先焊齒輪箱吊及牽引座焊縫；

先正面焊縫再焊反面焊縫，先焊正面焊縫再焊背面焊縫；

先焊軸向焊縫，再焊環(huán)焊縫。

4.5 焊接變形矯正 為了保證橫梁各部件尺寸，需對橫梁進行調(diào)修，目前我廠主要采取火焰加熱及機械外力相結(jié)合方式以達到調(diào)修目的。火焰加熱一般采取線狀加熱方式，加熱溫度一般控制在750-900℃范圍內(nèi)。工件受熱后輔以外力可達到矯正變形目的，火焰加熱部位根據(jù)實際變形情況予以確定。

圖4 軸向焊縫及環(huán)焊縫焊接順序

4.6 工藝實施及驗證 按照橫梁整體組焊工藝方案實施后，我們對橫梁各部件尺寸進行跟蹤統(tǒng)計，其尺寸均未出現(xiàn)超差現(xiàn)象，同時本次工藝驗證也將為類似結(jié)構(gòu)制造工藝改進提供數(shù)據(jù)支持。

5 結(jié)束語

以成都地鐵2 號線橫梁整體組焊工藝為契機，將其成功經(jīng)驗推廣至其他SDB-80 系列地鐵車型。通過改變傳統(tǒng)組焊工藝方式，提升工作效率及產(chǎn)品質(zhì)量，也為解決制造過程中其他問題提供突破方向。

［1］中國機械工程學會焊接學會編，《焊接手冊》第3卷《焊接結(jié)構(gòu)》，機械工業(yè)出版社，2001 年8 月.