動車組構架焊接順序對變形控制的影響

劉建康

摘要：動車組由于構架的尺寸精度直接決定轉向架的產品質量及生產效率，進而影響動車組可靠性及服役安全，本文重點關注轉向架焊接構架尺寸精度控制，通過優化構架環焊縫及相關附件焊接順序、控制焊縫熱輸入等措施，最終提高焊接構架尺寸精度，提升轉向架產品質量。

關鍵詞：標準動車組;構架;焊接;順序;熱輸入;尺寸控制

1 現狀分析

動車組構架呈H型結構，與統型車相比，動車制動吊座改為三點吊掛，由焊接吊座由橫梁位置調整至側梁位置，相應增加CP B級對接焊縫、非熔透T對接焊縫等，具體如圖1所示，拖車新增輔助橫梁D140管板焊接結構，如圖2所示。

構架組成一步組裝側梁、橫梁等件，首先由人工進行內側環焊縫的打底及填平，然后完成外側環焊縫的焊接。再進行空簧支撐梁的組裝，然后進行空簧支撐梁焊縫及一步焊接剩余焊縫的實施。焊接完成后進行打磨、探傷、風壓、劃線、調修等工序。之后進行附件組裝、焊接、打磨。具體工藝流程如下：

一步組裝→一步焊接→打磨→探傷焊修→試驗→劃調→附件組裝→附件焊磨→附件探傷→劃調→退火→劃調→焊修→拋丸→探傷→拋丸→底漆→試驗→交檢

通過焊接量統計及工藝分析，對比分析一步焊接及附件焊接，動車組構架焊接變形控制的重點應著重考慮一步焊接過程。其中工藝方案及工藝文件對構架一步焊接的要求較為籠統：

[1]構架組裝采用反裝工藝組裝注意組裝間隙按照工藝文件要求，組裝間隙需均勻。

[2]構架組對時，側梁間距尺寸需進行工藝放量。構架組對完成后，首件需重新劃線檢查各組裝尺寸，需滿足工藝設計要求。構架組裝后在構架側梁兩端加裝工藝梁后投入構架焊接工序。

[3]構架一步人工焊接在二軸轉胎上進行，采用剛性固定工藝，首先完成橫梁與側梁的內側焊縫打底及填平，再完成外側焊縫的焊接。

[4]構架二步組裝空簧支撐梁，然后人工焊接一步剩余焊縫。

[5]焊接完后對相應焊縫進行打磨探傷。

技術要求未針對構架結構變化提出相應的焊接變形預防措施，不利于焊接過程構架尺寸精度控制，本文重點試驗并優化構架一步焊接時環焊縫區域的焊接過程熱輸入及焊接順序設置。

2 優化方案

針對構架一步焊接主要焊縫：構架環焊縫、空氣室焊縫、空簧座板焊縫的焊接試驗、優化、固化焊接順序，同時為降低熱輸入控制層間溫度采用對稱焊接，經與轉向架分廠焊接監督討論編制具體方案如下：

[1]焊接順序：環焊縫內環焊縫打底2層→環焊縫外環焊縫打底3層→環焊縫內環焊縫填充→環焊縫內環焊縫封面→環焊縫外環焊縫填充→環焊縫環焊縫封面→空簧支撐梁筋板焊接→空簧支撐梁長直焊縫背面焊接→空簧支撐梁長直焊縫正面焊接→輔助橫梁內環焊縫打底2層→輔助橫梁外環焊縫打底3層→輔助橫梁內環焊縫填充→輔助橫梁內環焊縫封面→輔助橫梁外環焊縫填充→輔助橫梁環焊縫封面。

[2]熱輸入控制：由兩名操作者左右對稱同時焊接環焊縫及輔助橫梁焊縫，按照嚴格按照焊接工藝規程要求控制焊接過程焊接參數及焊接速度，確認層間溫度不大于200℃，減少焊接過程熱輸入從而降低焊接變形。

[3]其他要求：確認焊縫準備的狀態和定位焊狀態，由于環焊縫結構特殊，應在滿足構架整體組裝尺寸要求的前提下盡量使得環焊縫圓周組裝間隙均勻，避免間隙差異較大導致的焊接參數反復調整，影響焊接變形的規律性。焊接方向采取同方向對稱焊接，從一端向另一端或從中間向兩端，禁止從兩端向中間焊接。定位焊段或底焊層焊縫成形存在突起或夾溝時，應對其打磨平滑或呈凹形，防止焊下一層時在圖示位置產生未熔合等缺陷，同時須將焊段兩端磨出斜面并與正式焊縫圓滑過渡才能進行下一步焊接，從而保證超聲波探傷合格率。

4 實施效果

4.1構架尺寸統計

經優化構架一步焊接順序后，對構架劃線尺寸檢測進行了3個月的統計，對比方案實施前后效果如下。

4.2經濟效益

由于焊接變形的較小，大大減少了構架調修的作業量，可節省火焰+機械調修、尺寸復檢、天車吊運等工序時間，單個構架作業時間降低2小時，生產效率大大提升，減少了火焰調修加熱氣體消耗，同時由于規范了從組裝到焊接各接頭及焊縫細節，構架環焊縫超聲波探傷一次合格率得到有效保證，節省了探傷缺陷焊修時間。

5結論：

焊接變形對產品的性能、尺寸精度和穩定性產生不可忽略的影響，從而影響產品質量，所以對焊接應力與變形控制的研究是有必要的。在焊接過程中，不均勻的熱輸入導致焊接結構的變形。不均勻的溫度場，使結構各個部分熱脹冷縮不能同步。焊縫處金屬熔化、凝固的過程中會產生相變、膨脹和收縮等，體積會產生較大的變化，從而引起焊接結構的變形。影響焊接變形的因素有很多，對于形狀、材料和焊接參數確定的構件來說，焊接順序是控制焊接變形量的關鍵。

本文重點研究了焊接順序對于焊接變形的影響，制定并驗證了優化方案，最終滿足了產品焊接質量及尺寸精度控制要求，對于精密結構而言，隨著生產技術的不斷發展，焊接變形的控制方法也需要在生產實踐中不斷改進和完善，在后續的生產活動中，將繼續深入研究剛性固定、反變形等焊接變形控制方法，踐行我公司追求卓越的質量方針。

參考文獻：

[1]向祖權，劉彬，陳文濤，劉春雨，杜洪文.船體結構T型接頭焊接變形預測及控制研究[J]. 船舶工程，2016.03，82-83