地鐵轉向架側梁自動焊接工藝分析

徐洪銀 李玉振 李廷凱

摘 要：轉向架是動車正常運行的重要部件之一，不僅是支撐車體重量，更是引導車輛運行方向，測梁則是轉向架正常運行的保障，保證動車安穩地行駛。測梁主要為鋼制結構，如果焊接工藝不過硬，出現結構解離、變形，對運行中的動車將是毀滅性的。隨著動車車速的提高，和運行過程中平穩性的提升，對測梁的焊接工藝要求也越來過高。本文主要對測梁自動焊接工藝、焊接順序進行分析和探討。

關鍵詞：地鐵自動焊接;焊接工藝;轉向架測梁

引言：

隨著社會、城市、交通業的發展，城市地面交通壓力越來越大，為了緩解交通壓力和合理利用城市土地空間，地鐵成為了城市快速發展的產物。作為發達城市的新型交通運輸工具，它已經廣泛應用于城市內部交通，地鐵最高運行時速高達80km/h，其安全性成為不可忽視的問題。轉向架是地鐵的行走機構，測梁是轉向架的重心之一，由腹板、下拱板、中間板等組成，構成的部件很散，需要焊接的地方也很多，所以焊接工藝和質量顯得尤為重要。

一、測梁結構及現狀分析

測梁的組成結構如圖1所示，整體成H型，測梁主要材質為鋼結構。兩邊最長的是橫梁，中間部為工字型的部件是縱向輔助梁，由腹板、下拱板、中間板等組成。橫梁與橫梁的連接通過縱向輔助梁實現，每根橫梁上都焊接有電機吊座、牽引拉桿座、齒輪箱吊座及牽引座，這些為制動部件。為了將各個部件勞勞固定在橫梁上，需要通過焊接工藝實現。為了實現各部件與橫梁之間的圓滑過渡，保證地鐵的順暢運行，焊接部位需要打磨，并符合相關的工藝標準。測梁結構中需要焊接的點位和零件較多、工程量較大，并且焊接絲本身具有一定的重量，手工焊接容易形成疲勞作業，而且在作業過程中人為把控各項參數，存在一定的誤差。容易產生焊接變形、焊縫成型差、焊接質量不牢固等質量問題，最重要的是手工焊接工作效率低，無法保質保量完成作業。

二、側梁自動焊接工藝評定

通過對比手工焊接、自動焊接的過程和焊后成型情況，可以得出兩種焊接方式的參數配比關系。兩種焊接實驗數據表明，當電弧率、弧長修正參數組合為38/-8和30/0時，對于相同參數的焊接速度、擺動寬度和頻率產生的手工焊接和自動焊接效果接近，并且這些參數的焊接成型效果最佳。因此自動焊接工藝把這一標準訂為了參數設置標準，自動焊接工藝評定標準細則的制定是依據《鋼、鎳及鎳合金的焊接工藝評定實驗》，主要評定項目包括以下幾個方面。

2.1 硬度測試

測梁結構中的固定或連接等類型焊接，母材料基本上都是鋼結構，自動焊接時需根據焊接工藝選擇合適的焊接絲材料，待完成焊接和冷卻處理后，焊縫的硬度要比目材料高。雖然有些硬度值在鄰近熔合線的熱影響區內，低于標準硬度值320HV10，但也屬于合理范圍，這種情況是否合理，要視情況而定。

2.2 接頭質量檢驗

接頭質量檢測需要從宏觀和微觀兩個方面進行檢測。宏觀檢測主要是查看接頭處焊縫是否完全熔透并與母材熔合良好，表面是否成型，否有咬邊、氣孔、裂紋等。微觀檢測則是觀察母材料、焊接材料熔合后，各類金屬、晶體分子結構的變化，是否出現魏氏組織以及其他硬脆現象。

2.3 接頭力學性能

經過技術、工藝、材料等的改進，在地鐵工程作業規定中，焊接接頭力學性能指標必須滿足Q345C標準規定。接頭的伸長率必須滿足拉伸斷裂在母材區，接頭的屈服強度需要達到正負180度彎曲，并且拉伸面無裂紋。另外接頭力學性能必須滿足-40℃至+40℃的施工環境，保證熱影響和焊縫受到最小的沖擊。

三、側梁自動焊接工藝

自動焊接工藝與傳統焊接作業在實現方式上有很大的不同，自動焊接主要通過機器自動化完成，只需要提前在機器系統中設置好焊接電流電壓、焊接速度、擺動頻率等參數，機器就可以按照設定好的參數精準執行焊接工藝。因自動焊接工藝具有較好的穩定型，并且工作效率高，已被廣泛因用到地鐵工程中。地鐵轉向架測梁焊接中應用得比較多的是多層、多道自動工藝，該工藝采用連續的焊接方式，可有效減少空間位置和輔助時間，提高作業效率。

3.1 多層多道連續焊接工藝

3.1.1平面堆焊方式

平面堆焊主要是在同一個平面上，機器人通過三維尋點，確定焊接點，對每個焊接點完成三道焊縫。第二道焊縫完全覆蓋第一道焊縫，第三道焊完全縫覆蓋第二道焊縫，且后面一道的焊縫寬度要比前面一道寬10mm。

3.1.2 立面堆焊方式

立面堆焊是在平面堆焊基礎之上，焊接過程也分為三道工序，分別為打底焊、中間焊層、覆蓋層。立體堆焊方式主要用在中間焊層，與平面堆焊有點相似，需要完成多道覆蓋;不同之處在于長度方向偏移量為“0”，不用實現完全覆蓋，主要是通過改變焊槍角度塑造立體的成型效果，橫梁上的電機吊座蓋板就是采用的立面堆焊方式。

3.2 段焊工藝

段焊工藝的出現，是因為母材料和焊接絲材料的優化，提高了搭接焊縫的裝配質量，無需進行連續焊接加固點位。段焊間距增長到原來的4倍，段焊縫減少為原來的1/4，段焊縫的減少使地板材質突破了橫梁的約束。在焊縫焊接前進行點位固定時，明確焊前點固要求，可有效地減少間隙超標情況的發生，尤其是焊縫1、1S和2、2S要求焊后焊縫根部間隙分別小于0.8mm、0.5mm。但實際操作中存在焊縫收縮情況，間隙寬度可能會增加，最大間隙也必須控制在1mm以內。這樣才能有效保證焊接質量。

3.3 焊接工藝的順序

焊接不只是簡單的把物體連在一起，而是要在滿足這一條件之上，保證架構不變形、具有實用性。所以不論是手工焊接，還是自動焊接，過程中的焊接順序至關重要。以底價焊接為例，如果正反面都從中間向兩邊依次對稱焊接，完成整體焊接后，會發現底架的平面度要求無法滿足，究其原因是正面在焊接過程中，導致了中間斷變形。為了解決這一問題，通過大量的實驗證明，底架正面焊接采用中間到兩邊的焊接順序，反面則采取兩邊到中間的焊接順序，能有效保證底架對平面度的要求。

結束語：綜上所訴，地鐵轉向架測梁的焊接，基本上采用的是多層多道自動焊接工藝。自動焊接工藝對參數的把握更精準，避免了人為操作過程的不穩定性，最大程度減小了焊接變形，從根本上減少了焊后調修量，縮短了工程周期，保證了各部件之間的焊接質量。