轉向架構架側梁焊接結構設計分析

金亞平 周建強 孫貴舜

摘 要：構架屬于轉向架的基本承載部件，同時也是轉向架中其余零件順利安裝的前提與基礎，它不僅要支撐機車中的全部設備，還需有效傳遞機車牽引力。所以，在落實構架生產工作時，焊接應力以及變形控制特別重要，側梁就屬于焊接時有效控制與管理焊接變形的基礎與關鍵。

關鍵詞：轉向架構架;側梁;結構設計;焊接變形

引言：

本文結合筆者的自身實踐，以路基處理車為研究對象，對側梁組焊當中引發應力和變形的具體因素做出了細致的分析，從側梁結構設計以及組焊順序入手，最大范圍降低焊接應力和變形，希望可以在今后的構架組焊中不借助整體調修以及退火處理技術的協助，進而有效降低成本的投入，提升實際工作效率。

1路基處理車構架側梁結構特點

1.1 構架側梁組成

路基處理車的構架由腹板、中間板、筋板、下拱板以及下擋板組成。側梁一方的腹板是鋼板，這一側梁同橫梁焊接形成構架，而另一方的腹板就是用三塊鋼板來拼焊而成的，同理下拱板也是由三塊鋼板的拼焊組成。

1.2 側梁結構與工藝特點

路基處理車的側梁從側面觀看，形狀較為簡單，兩端比中間輕，呈弓字形。因為各部分間都是自然過渡，因此為自動焊奠定了基礎，可有效提升焊接的品質，可用于大批量的轉向架生產中。針對箱型梁而言（如圖一），因為它的結構尺寸略長，在熱輸入中不均勻性明顯，會出現許多的焊接應力和變形，有時候焊接變形會嚴重超出設計要求，此時就要選擇火焰與機械等進行矯正，這樣不但會加大成本投入，還會在某種程度上使殘余應力的實際分布情況得到改變，易出現應力集中現象，大幅縮短產品壽命。為控制箱形梁今后的實際焊接變形，可以選擇優化結構，利用對稱焊縫，轉變焊接的順序，調整實際的熱輸入量。所以，對側梁結構設計及焊接過程展開當中探究，總結能降低側梁焊接變形的應對方案與措施，對當今的生產與今后同類產品開發都有重要的現實意義與價值。

2構架側梁焊接變形的控制

降低焊接應力與變形的方法較多。第一，可以選擇科學的焊接程序，比如分段焊和分層焊。第二，在條件允許情況下選擇對稱焊縫，讓它的變形相互抵消。第三，在施焊開始之前對結構做出預變形，此時的變形要與實際變形相反。

2.1根據結構特點進行優化設計利用焊接變形

焊接應力以及變形會出現在所有的鋼結構當中，不能完全避免與消除，但是能在設計時科學借助焊接變形，讓它朝著利于結構與降低整體應力及變形的方向發展。在側梁構架設計中，可以借助對稱焊縫設計與預變形，利用焊縫的合理增加降低焊接的應力與變形。側梁下方主要由下擋板與下拱板拼焊組成，添加兩條焊縫不僅能降低下擋板的實際壓型難度，還能在裝配中實現兩方水平度低于1的工藝要求。通常來說，在構架的側梁中要形成拱狀上撓度，用來抵消由于車體的上方重量構成的下彎。筆者總結了兩種預制上撓度的具體方案。

第一，在下料中，可以在腹板中預留適宜的上撓度，但此種做法會加大下料的成本及難度，并且還會加大裝配的難度。此種方式對構架的要求十分嚴格。第二，利用機械或是火焰進行調修，在機械調修中要使用專門機械，完成調修后會發生反彈;火焰調修是借助火焰加熱發生的局部變形，冷卻后縮短來具體實現的，它的準確度較低。在底部設計中添加兩條對稱型焊縫就相當于在底部開展了對稱型火焰加熱活動，當組裝焊接完成之后，側梁立馬就可以形成與相關標準相符的上撓度，此時可以不專門組織機械調修及火焰調修活動。

2.2通過優化焊接順序減少焊接變形

在落實路基處理車架的側梁焊接工作中，可以選擇以下多種焊接工藝。第一，根據有關要求組裝好上拱板中的腹板與筋板，組織定位焊活動。第二，當兩端板完成組裝后，組織定位焊活動。第三，內部焊縫可以用手工焊來完成。第四，落實兩側腹板的組裝工作，組織定位焊活動。第五，完成中間腹板的組裝工作后，組織定位焊活動。第六，在外部主焊縫中可以用機械手來實施焊接。

仔細觀察路基處理車當中構架的側梁結構，它是箱形結構。筆者通過剖析得知，定位焊對于變形的實際影響偏小，只有筋板與兩端板要利用手工焊接，且筋板焊接對于側梁的縱向變形制約與影響偏小，但是焊接順序不合理極易引發側梁發生扭曲。在筋板和兩端板的焊接中，要避免對同一區域的持續加熱，合理落實上文提及的措施能把手工焊接時產生的實際焊接應力和變形降至最低。在機械手組織開展側梁外部的焊接活動時，焊接的順序特別重要，與實際的焊接變形緊密相關，通常來說，機械手在落實外部焊接工作時要實施兩次焊接，且兩次都要選擇對角焊接（如圖二），使熱量輸入實現均勻分布。按照側梁的結構特征可知，焊接的結構剛性與焊縫變形扭曲成正比。筆者通過大量的實驗與剖析可知，首道焊縫要選擇結構強度較大的區域，此時的焊接變形量最低，也就是說，首道焊縫作用的拱板要有凸出部分。之后要借助機器手落實對稱型自動打底焊工作。當首次打底焊接完成之后，就可形成向上擾度與向外旁彎。

在二次焊接時，要先完成腹板中間兩道焊縫以及下拱板和下擋板間兩道焊縫的焊接任務，由于這時側梁還沒有焊接成一體，極易引發變形進而降低應力，最后使用對稱交替焊落實側梁縱向的焊接工作。

3結束語

綜合來說，筆者通過大量的實驗與探究得知。第一，在結構的優化設計中，要適當增加焊縫，促進焊接變形的有效科學控制。第二，必須科學排列焊接的實際順序，以最大程度減輕具體的焊接應力與變形。第三，通過結構優化，合理確定焊接順序，選擇應力與變形較小的焊接工藝，有效提升焊接整體質量。最后，筆者希望通過簡要清晰的闡述，為相關行業工作人員今后的工作落實提供理論支撐，為我國該領域的發展添磚加瓦。

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