低地板輕軌車轉(zhuǎn)向架焊接變形分析及工藝控制方法研究

王子棟

（中車長春軌道客車股份有限公司,長春 130062）

低地板輕軌車轉(zhuǎn)向架焊接變形分析及工藝控制方法研究

王子棟

（中車長春軌道客車股份有限公司,長春 130062）

本文通過對CW12、CW20兩種典型低地板轉(zhuǎn)向架產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及焊接制造工藝過程的研究，解析構(gòu)架產(chǎn)生焊接變形的原因同時提出一種控制角度變形的全新工藝方法。

低地板構(gòu)架;焊接角度變形;反變形

0 前言

低地板車輛共分為兩個平臺系列，即70%和100%低地板。近年來，國內(nèi)外市場對低地板輕軌車的需求量逐年遞增，我公司在該領(lǐng)域也開發(fā)了多種產(chǎn)品。本文選取了CW12、CW20兩種典型的低地板轉(zhuǎn)向架，針對其制造工藝過程中遇到的焊接角度變形問題進(jìn)行研究分析，并提出一種全新的解決方案[1]。

1 低地板構(gòu)架結(jié)構(gòu)簡介

CW12轉(zhuǎn)向架屬于70%低地板系列的產(chǎn)品，構(gòu)架主要結(jié)構(gòu)包括橫梁、側(cè)梁。其中橫梁為箱型板材拼焊結(jié)構(gòu)，側(cè)梁由中部的二系彈簧座鑄件與兩側(cè)板材拼焊的箱型結(jié)構(gòu)構(gòu)成，橫側(cè)梁連接方式采用對接形式。側(cè)梁軸箱安裝面位置如圖呈一個“八”字型結(jié)構(gòu)上窄下寬，與豎直方向呈8°的傾角。

CW20轉(zhuǎn)向架屬于100%低地板系列的產(chǎn)品，構(gòu)架主要結(jié)構(gòu)包括橫梁、側(cè)梁。其中橫梁為箱型板材拼焊結(jié)構(gòu)，側(cè)梁由中部的二系彈簧座鑄件與兩側(cè)板材拼焊的箱型結(jié)構(gòu)構(gòu)成。與CW12轉(zhuǎn)向架不同，該構(gòu)架二系彈簧座占側(cè)梁的整體比例更大，鑄件與板材件的接口采用對接形式。橫側(cè)梁連接方式采用半對接半插接的形式，其中橫梁蓋板與側(cè)梁實現(xiàn)對接，立板與側(cè)梁為插接的連接方式。側(cè)梁軸箱安裝面位置也是呈一個“八”字型結(jié)構(gòu)上窄下寬，與豎直方向呈12°的傾角。

圖1 CW12轉(zhuǎn)向架示意圖

圖2 CW20轉(zhuǎn)向架示意圖

2 焊接變形趨勢分析

CW12、CW20兩種轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的二系部位均為鑄件構(gòu)成，構(gòu)架整體焊接后對此區(qū)域的尺寸變形幾乎很小，其主要焊接量均在側(cè)梁一系軸箱安裝面及側(cè)梁端部的位置。

此類型構(gòu)架焊接量集中的區(qū)域也恰巧是自身結(jié)構(gòu)抗變形能力較為薄弱的位置，兩端的軸箱安裝面位置均呈一個“八”字型上窄下寬的結(jié)構(gòu)，分別與豎直面呈8°和12°的傾角，焊接受熱后極易發(fā)生角度變形。焊接后側(cè)梁端部的軸箱安裝面將沿著折彎點向構(gòu)架中心方向有一個角度變形即8°和12°的傾角將比理論值要略小。經(jīng)過多次試驗分析產(chǎn)生角度變形的原因主要包括焊接順序以及工件焊接過程中受約束的程度。

3 焊接變形控制方案

本文針對低地板側(cè)梁焊接后發(fā)生角度變形的問題，提出一種新的工藝控制方法。設(shè)計制造的一種防變形裝置，通過焊接前預(yù)留角度的反變形量并在焊接過程中實現(xiàn)剛性支撐，同時在焊接過程中選擇合適的焊接順序以達(dá)到控制焊接變形的目的。

3.1 焊接順序的控制方案

焊接順序是一個控制焊接變形的重要手段，選擇合理的焊接順序是可以達(dá)到最大程度減小焊接變形的目的。其作用主要在于通過在同一工件多道焊縫的焊接過程中，利用后一道焊縫的焊接過程最大程度的消除前一道焊縫帶來的變形影響，從而達(dá)到最大程度的熱輸入平衡以減小焊接帶來的變形。

結(jié)合CW12、CW20兩種構(gòu)架的結(jié)構(gòu)分析，側(cè)梁焊接后變形趨勢為沿端部的折彎點向構(gòu)架中心一側(cè)產(chǎn)生變形，為此在焊接過程中可以優(yōu)先焊接可以讓側(cè)梁產(chǎn)生向外側(cè)變形趨勢的焊縫以達(dá)到抵消或減小向內(nèi)變形的趨勢，如圖3所示側(cè)梁端部上、下蓋板與立板共計4條焊縫共計12道，則優(yōu)先考慮焊接上蓋板與立板的焊縫以獲得側(cè)梁向外側(cè)變形的趨勢，具體操作順序如下。

圖3 焊接順序示意

每道焊縫焊接三層，共計12道焊縫順序如下：

焊縫A：1 ，5 ，9 焊縫B：2 ，6 ，10

焊縫C：4 ，8 ，12 焊縫D：3 ，7 ，11

3.2 焊接反變性控制方案

焊接的反變形量通常是在焊接作業(yè)前對工件在線性尺寸或角度尺寸上提前做出一定的改變以補(bǔ)償焊接后產(chǎn)生的變形所作的調(diào)整。針對本文介紹的兩種構(gòu)架提出了一種新的控制角度變形的方案，針對此類型構(gòu)架一系軸箱安裝面位置特殊的八字形結(jié)構(gòu)設(shè)計一種防變形裝置，可以實現(xiàn)工件焊接前預(yù)留角度反變性同時在焊接過程中還可以實現(xiàn)剛性支撐的以控制焊接變形的目的。

圖4 側(cè)梁防變形裝置實施示意圖

（1）設(shè)計制造一種防變形裝置如圖示件2所示。其中防變形裝置包含兩個部分，分別為下部的支撐裝置和上部的壓緊裝置。支撐裝置的兩個斜面其中靠近側(cè)梁中心一側(cè)的使用面角度與側(cè)梁軸箱安裝面保持一致，端部的一側(cè)角度則增加1°的反變形量。

（2）支撐裝置沿側(cè)梁呈“八”字形斜面從下方向上安裝，利用壓緊裝置頂緊側(cè)梁從而使支撐裝置能夠沿側(cè)梁一系軸箱安裝面向上移動。當(dāng)支撐裝置的兩個斜面均與側(cè)梁實現(xiàn)嚴(yán)密貼合時停止加力，此時即達(dá)到了側(cè)梁靠近端部一側(cè)的斜面角度向外側(cè)預(yù)留了1°反變形量的效果。

（3）側(cè)梁在焊接作業(yè)過程中，支撐裝置（件2）始終對側(cè)梁一系軸箱安裝面實現(xiàn)剛性支撐以達(dá)到控制側(cè)梁焊接角度變形的作用。焊接后松開壓緊裝置即可從側(cè)梁下方卸下支撐裝置，當(dāng)支撐裝置卸下后剛性支撐消失，側(cè)梁的角度必然要向內(nèi)有一定的角度反彈從而抵消之前預(yù)留的角度反變形量，最終達(dá)到側(cè)梁近似接近原始理論值的效果。

4 結(jié)論

通過上述分析可知，低地板構(gòu)架結(jié)構(gòu)較為特殊局部結(jié)構(gòu)抗變形能力較弱，但通過合理的工藝手段可以取得良好的效果，有效提升產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)效率。同時，針對低地板構(gòu)架二系軸箱安裝位置“八”字型結(jié)構(gòu)上窄下寬的結(jié)構(gòu)，通過試驗分析總結(jié)，此處結(jié)構(gòu)預(yù)留的反變形角度約為1°最為合適。

[1]辛勇生,胡榮偉,黃思源.100%低地板車輛轉(zhuǎn)向架構(gòu)架制造工藝[J].金屬加工：冷加工,2015(22)：16-17.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.22.035