SDA1型機(jī)車轉(zhuǎn)向架構(gòu)架制造工藝

南車資陽機(jī)車有限公司 （四川 641300） 李滿清

一、概述

SDA1型機(jī)車是我公司針對(duì)澳大利亞而自主研發(fā)設(shè)計(jì)的交-直-交電傳動(dòng)干線貨運(yùn)內(nèi)燃機(jī)車，機(jī)車最大運(yùn)用功率為3000kW。該機(jī)車的轉(zhuǎn)向架設(shè)計(jì)借鑒了我國HXD1C電力機(jī)車和美國EMD公司GT46CAce機(jī)車轉(zhuǎn)向架的設(shè)計(jì)理念，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)高，與公司現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)車轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)存在較大差異，而且質(zhì)量要求高，制造工藝復(fù)雜。

構(gòu)架是機(jī)車承載和傳力的基體，也是轉(zhuǎn)向架眾多部件連結(jié)的主體骨架。同時(shí)構(gòu)架還是一個(gè)受力復(fù)雜的結(jié)構(gòu)部件，它不僅承載機(jī)車上部所有裝備的重量，而且承載并傳遞機(jī)車運(yùn)行中產(chǎn)生的垂向、縱向和橫向三個(gè)不同方向和大小的動(dòng)作用力，因此構(gòu)架必須具有足夠的強(qiáng)度和剛度。

二、SDA1型機(jī)車構(gòu)架設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡介

（1）構(gòu)架由左右對(duì)稱布置的左/右側(cè)梁、前端梁、后端梁、橫梁1、橫梁2和各種附加支座等組成，外形尺寸（60200+5）mm×2600mm。構(gòu)架組焊后成完全封閉的框架式“目”字形箱型結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

（2）為保證構(gòu)架的強(qiáng)度和剛度，構(gòu)架的板材選用16MnDR，既可保證有較高的屈服強(qiáng)度，又能有良好的焊接性能。

圖1 SDA1型機(jī)車構(gòu)架結(jié)構(gòu)

（3）側(cè)梁上下蓋板和前/后端梁、橫梁1/2的上下蓋板進(jìn)行錯(cuò)位對(duì)接，該焊縫采用大坡口多層多道焊，焊后進(jìn)行超聲波探傷檢測(cè)，以保證焊接質(zhì)量。

（4）為降低連接處的應(yīng)力集中，側(cè)梁與前/后端梁、橫梁1/2連接處采用整體引/熄弧板、圓弧過渡的結(jié)構(gòu)形式，焊后進(jìn)行機(jī)械切除、平滑過渡。

（5）構(gòu)架框架組焊后加工前進(jìn)行整體退火處理，以消除焊接過程中產(chǎn)生的焊接應(yīng)力。

三、SDA1型機(jī)車構(gòu)架制造流程

經(jīng)過對(duì)SDA1構(gòu)架結(jié)構(gòu)分析，考慮到車間現(xiàn)有的制造工藝裝備，并結(jié)合內(nèi)燃機(jī)車和7200kW電力機(jī)車構(gòu)架制造工藝流程，確定了SDA1型機(jī)車構(gòu)架制造工藝流程：來料檢查→立板、蓋板、電動(dòng)機(jī)吊座拼接/探傷→橫梁、側(cè)梁立板、隔板等梁體組焊→橫梁、側(cè)梁等組焊→橫梁、側(cè)梁等調(diào)修、劃線→橫梁、側(cè)梁等加工→構(gòu)架框架組焊、探傷→構(gòu)架框架一次劃線→拉桿座等附件組焊→構(gòu)架框架退火→構(gòu)架框架二次劃線→構(gòu)架框架正面加工→構(gòu)架一次附件組焊→構(gòu)架反面加工→構(gòu)架一次精整→構(gòu)架二次附件組焊→構(gòu)架三坐標(biāo)檢測(cè)→構(gòu)架拋丸→構(gòu)架二次打磨、精整→構(gòu)架交檢、交驗(yàn)→構(gòu)架油漆。

四、SDA1構(gòu)架組焊工藝分析

1.構(gòu)架框架組焊工藝難點(diǎn)及措施

（1）工藝難點(diǎn)分析 第一，構(gòu)架框架無專用組裝胎，組裝尺寸精確度較低。由于為小批量生產(chǎn)，周期短，并為減少資金投入，所以考慮在平臺(tái)上進(jìn)行組裝。而構(gòu)架框架組對(duì)要求對(duì)接縫間隙2～4mm。

第二，拉桿座裝配精度要求高。構(gòu)架上、下拉桿座是轉(zhuǎn)向架牽引受力構(gòu)件，其加工后要求斜槽壁厚度≥40mm，且拉桿座上孔距邊緣厚度要求≥10mm，因此必須考慮合適的工藝，提高拉桿座的裝配精度。

第三，焊接量大，焊接質(zhì)量要求高。根據(jù)圖樣要求：側(cè)梁與端梁、橫梁的蓋板對(duì)接焊縫均為熔透焊縫，最大焊縫23 加墊焊接，要求100%UT、100%MT檢驗(yàn)；上、下拉桿座的焊縫8+a5，要求100%MT檢驗(yàn)。

第四，對(duì)操作人員技能水平要求較高。由于采用平臺(tái)組裝，組裝時(shí)無固定定位基準(zhǔn)，所有裝配尺寸全用劃線，工件外形尺寸大，人工操作誤差較大。

如無有效的工藝措施，控制裝配尺寸及減小焊接變形，將造成產(chǎn)品的大量返工，產(chǎn)品質(zhì)量難以達(dá)到圖樣技術(shù)要求。

（2） 采取的工藝措施 第一，側(cè)梁、端梁和橫梁均采用先組焊后劃線、加工。各梁立板、蓋板采用單邊放量5mm，組焊后，用三維劃線儀劃部件加工線、框架組裝線，確保裝配間隙滿足2～4mm。

第二，構(gòu)架框架組焊分為一次、二次組裝。其中一次組裝是將各側(cè)梁、端梁和橫梁組裝成構(gòu)架框架，根據(jù)各梁已劃的組裝線進(jìn)行組裝，組裝時(shí)保證對(duì)角線L1/L2、L3/L4、L5/L6之差≤2mm，先定位焊，后進(jìn)行框架焊接、探傷（見圖2）。

第三，二次組裝是對(duì)探傷合格的構(gòu)架框架，用三維劃線儀劃出上、下拉桿座的組裝線，組裝時(shí)拉桿座的中心樣沖與組裝線對(duì)齊，并保證對(duì)角線L7/L8、L9/L10、L11/L12、L13/L14之差≤2mm，再進(jìn)行焊接、探傷。

第四，構(gòu)架框架的焊接。為滿足焊接質(zhì)量的高要求，減小焊接變形，焊接人員和工藝均需嚴(yán)格明確。首先焊接中的焊接操作人員必須有相應(yīng)位置的焊接資質(zhì)；其次框架一次組裝縫焊接進(jìn)行對(duì)接焊縫的打底焊，以及部分立板角焊縫定位焊接，再吊至翻轉(zhuǎn)胎后先翻轉(zhuǎn)焊接立焊縫，再焊接對(duì)接焊縫；各對(duì)接焊縫層道及清理嚴(yán)格按WPS文件規(guī)定執(zhí)行，確保焊縫質(zhì)量。焊接過程均由4人同時(shí)對(duì)稱焊接。

圖2 構(gòu)架框架組焊結(jié)構(gòu)

通過細(xì)化工藝，以及嚴(yán)格各過程操作控制，構(gòu)架框架各關(guān)鍵尺寸得到有效控制，滿足圖樣要求。

2.側(cè)梁組焊工藝難點(diǎn)及措施

（1）工藝難點(diǎn)分析 第一，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。側(cè)梁長為（6020+50）mm，高為（719±2）mm。梁內(nèi)部隔板共22件；上蓋板由3段拼接而成，板厚20mm；下蓋板厚25mm，立板厚12mm。其結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 構(gòu)架側(cè)梁

第二，焊接質(zhì)量要求高。側(cè)梁認(rèn)證等級(jí)為EN15085 CL1；蓋板對(duì)接熔透焊縫要求100%UT、100%MT檢測(cè)；拉桿座腳、側(cè)梁主焊縫、加強(qiáng)板的焊縫質(zhì)量等級(jí)CPC1，均要求焊后100%MT檢測(cè)。

第三，焊接量大。側(cè)梁主焊縫要求10+a5，拉桿座腳10+a5。由于主焊縫焊腳大，內(nèi)焊縫多，所以焊接變形不易控制。

第四，由于側(cè)梁尺寸要求高，立彎和旁彎≤3mm。因此必須有相應(yīng)的焊接、調(diào)修工藝，以減小焊接變形，保證焊后產(chǎn)品質(zhì)量符合圖樣要求。

（2）采取的工藝措施 第一，制作專用組裝、焊接工裝。根據(jù)側(cè)梁的變形、受力情況，合理設(shè)置壓緊點(diǎn)，減小焊接變形。

第二，側(cè)梁內(nèi)焊縫的焊接。按照WPS文件要求，兩名焊工同時(shí)由中間往兩邊對(duì)稱施焊。焊接順序：先焊隔板與下蓋板的焊縫，再焊下蓋板與立板的焊縫，最后焊隔板與立板的焊縫（1-2-……-11），減小焊接變形，如圖4所示。

圖4 側(cè)梁內(nèi)焊縫的焊接

第三，側(cè)梁主焊縫焊接。采用CLOOS焊接機(jī)械手，在船型位置對(duì)所有焊縫進(jìn)行焊接。焊時(shí)采用4層、對(duì)稱施焊、層間冷卻及焊后冷卻等措施來保證焊接質(zhì)量，減小焊接變形。焊接順序如圖5所示，具體參數(shù)如附表所示。

圖5 側(cè)梁內(nèi)焊縫的焊接

SDA1機(jī)車構(gòu)架側(cè)梁主焊縫CLOOS機(jī)器人焊接參數(shù)

第四，制定專用調(diào)梁工藝和工裝，對(duì)劃線檢查后側(cè)梁立彎、旁彎＞3mm的進(jìn)行調(diào)修，直至符合圖樣要求。

通過采用以上焊接工藝及調(diào)梁工藝，有效減小了側(cè)梁在焊接過程中的變形，側(cè)梁尺寸、變形得到有效控制。

3.橫梁組焊工藝難點(diǎn)及措施

（1）工藝難點(diǎn)分析 第一，橫梁長1868-0-1mm，高320mm。設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)中牽引座1、2貫穿于兩側(cè)立板，上蓋板厚25mm，下蓋板厚20mm，立板厚16mm，如圖6所示。

圖6 橫梁1結(jié)構(gòu)

第二，焊接質(zhì)量要求高。橫梁1認(rèn)證等級(jí)為EN15085 CL1；立板與牽引座1、2的熔透焊縫要求100%UT、100%MT檢測(cè)，立板、牽引座與上、下蓋板的焊縫要求100%MT檢測(cè)。

第三，焊接量大，焊接變形大。立板與牽引座的熔透焊縫為 16或 14，立板、牽引座與上、下蓋板的焊縫為 14+a4，且梁內(nèi)加強(qiáng)筋板少。焊接量大，焊接變形控制困難。

（2）相應(yīng)的工藝措施 第一，制作專用組焊工裝，將3件立板1與2件牽引座組焊成一整體——立板組成，并進(jìn)行焊接、探傷。

第二，對(duì)立板組成進(jìn)行焊后矯正、調(diào)修，直至平面度≤1mm。

第三，橫梁1的組裝、焊接。將立板組成、立板2與下蓋板按圖樣尺寸進(jìn)行組裝，控制立板2與牽引座的組裝間隙2～4mm，定位焊固定、焊接；組裝上蓋板，焊接外部焊縫、探傷。焊接人員具備相應(yīng)資質(zhì)，焊接過程由兩人同時(shí)對(duì)稱施焊，以減小焊接變形。

五、結(jié)語

通過SDA1型機(jī)車構(gòu)架試制驗(yàn)證，其加工尺寸經(jīng)過三維檢測(cè)完全符合圖樣要求，同時(shí)構(gòu)架焊縫也通過相應(yīng)探傷檢測(cè)，證明采取的工藝措施是正確的、合理的，產(chǎn)品質(zhì)量得到了用戶的肯定。同時(shí)，該制造工藝已全面成功應(yīng)用于后兩小批量的SDA1構(gòu)架的生產(chǎn)。