C70E敞車枕梁下蓋板組成制造工藝優化研究

蓋建敏，劉志彬

中車石家莊車輛有限公司 河北石家莊 051430

1 序言

C70E型通用敞車枕梁下蓋板組成（中）（以下簡稱枕下中）是該車的關鍵部件之一，如圖1所示。該配件材質為Q450NQR1，由厚度為10mm左右對稱的2個補強板（1）、2個補強板（2）和中間1個枕梁下蓋板（中）共5個零件通過手工氣體保護焊焊接而成。其中4條焊縫均為帶鈍邊單邊V形焊縫，焊接難度大，并且對于單邊V形焊縫而言，焊接變形不易控制，且調平時容易導致焊接端頭產生裂紋[1]。其最終產品質量狀態直接影響著下道工序中梁組成、上心盤鉚接（見圖2）、轉向架落成的質量，甚至威脅到車輛行車安全。

因此，在枕下中產品制作中，對焊接人員的技能要求以及焊接變形的管控顯得尤為重要。

圖1 枕梁下蓋板組成（中）

圖2 枕梁下蓋板組成（中）安裝位置

2 制作要求

工藝文件對焊接參數（見表1）以及組裝、焊接提出了具體要求。

表1 焊接參數

對組裝、焊接的要求主要包括以下幾點。

1）保證組裝間隙為0～2mm。

2）保證組裝尺寸達到（1900±4）mm。

3）定位焊焊縫厚度為3～5mm。

4）定位焊焊接長度為12～20mm。

5）蓋面焊縫寬度為14～16mm。

6）單邊V形坡口分3次焊接完成，每次焊接高度為3～4mm。

7）封底焊時，先進行焊道清根，再完成封底焊。

8）焊后，上蓋板接長后的全長直線度要求≤2mm。

9）與上心盤接觸面平面度≤0.5mm，與中梁接觸面封底焊縫凹陷不超過0.5m m，允許局部＞0.5mm但≤1mm，且總長度不超過焊縫長度的1/3，不允許存在焊接缺陷[2]。

3 現狀分析

3.1 制作流程

受枕下中結構形式的限制，最合理的組裝方式為反位組裝，其組裝焊接流程為：反位組裝→翻轉→打底焊接→填充焊→蓋面焊接→翻轉→焊道清根→封底焊接→翻轉→磨平蓋面焊縫→調平，焊接順序如圖3所示。

圖3 焊接順序

3.2 主要問題

（1）反變形失效 根據長期摸索驗證，由于最長補強板與枕梁下蓋板（中）組裝平面相差10mm，所以在產品組裝時預制了0.8°的反變形。但在翻轉過程中，受重力以及定位焊強度影響，預制的反變形在吊裝、搬抬等外力作用下易發生變形，有約10%的產品達不到預期的結果，需要在焊前逐件進行檢測，費時費力。

（2）翻轉次數多，勞動強度大 在產品制作中，除了反變形失效返工，還需要三次產品翻轉，每次翻轉均需4人共同作業才能完成，浪費了大量的人力，且勞動強度大[3]。

（3）焊接參數不具體，焊接變形管控難 帶鈍邊單邊V形焊縫，工藝要求分4次焊接完成（打底焊、填充焊、蓋面焊、封底焊），并且焊接參數只提供了參考范圍。針對這一問題，即使在預制的反變形效果非常理想的狀態下，操作者受組裝間隙、焊接參數、焊接速度、焊接手法的影響，在完成4次焊接后，其焊接變形量能滿足工藝要求（全長直線度≤2mm）的產品也僅占60%，焊后一次合格率低。

（4）焊縫端部裂損 在焊后調平過程中，通過壓制焊縫使其產生塑性變形來保證產品全長直線度，而有1%的產品因調平造成了焊縫裂損，故在調平時需要逐條確認，過程管控復雜[4]。在組焊枕下中后，存在極個別焊縫端部裂損的現象，如不能及時發現并消除，則存在極大的行車安全隱患。

4 工藝優化方案驗證與固化

4.1 工藝優化方案

結合原有的焊接順序以及作業流程，除組裝、焊接為不可避免的工序外，還存在3次翻轉，2次因翻轉和焊接變形而造成的檢測、返修，以及額外的調平、檢查裂紋的工作。針對以上問題，主要從以下幾個方面進行了工藝優化。

（1）增加剛性固定，調整焊接順序，減少翻轉次數 第一，改變原有的焊接方法，在組裝胎位實施封底焊，針對預制的反變形，在封底焊前采取剛性固定，以減少焊接變形回彈量[5]，如圖4所示。

圖4 反變形與剛性固定示意

圖5 優化后的焊縫順序

第二，在封底焊后經過一次翻轉，再實施填充焊、蓋面焊（見圖5），既杜絕了翻轉過程中受重力、磕碰造成的變形，又減少了兩次產品制作過程中的工件翻轉工作，解決了焊前不合格品和翻轉強度大的問題。

（2）明確參數，確保焊接變形一致 經過多次試驗，明確了組裝反變形量、間隙以及各道焊縫的焊接參數，保證了4道焊縫焊接變形一致且焊后變形量控制在±0.1°（全長直線度≤2mm）。不但省去了焊接變形造成的調平作業，而且避免了調平所致焊縫裂損的現象發生[6]。

（3）增加角部焊接過渡，杜絕焊縫受力裂損 針對組焊后枕下中角部焊縫裂損的現象，經過分析發現，在整車組焊和運行中該部位受力較大，尤其是臨近折邊處的受力更大，易產生焊縫裂損。因此，在枕下中焊接時增加了角部焊接圓弧過渡（見圖6），很好地起到了預防焊縫角部因受力而產生裂紋的現象。

圖6 角部焊接過渡示意

4.2 方案固化

根據工藝優化方案，對每項方案均進行了大量的跟蹤統計，最終制定了合理的組裝、焊接參數，保證了產品一次校驗合格率，具體的工藝優化實施細節如下。

（1）組裝參數 使用厚度為1.5mm的板條進行組裝確認，確保組裝間隙為1.8m m。在枕下中端部使用厚度分別為6mm、4mm的鋼板對補強板（1）、補強板（2）小端進行反變形支撐，確保反變形達到1.5°。通過以上措施保證了枕下中組裝間隙、反變形預制的一致性，為焊接變形管控打下了基礎。

（2）焊接參數 第一，明確了各道焊縫焊接電流、電弧電壓、焊接速度、焊絲干伸長及氣體流量等焊接參數（見表2）。

表2 焊接參數

第二，封底焊時采用左向焊，起弧時需注意保證焊接熱量，以確保全部熔透，收弧時注意弧坑填滿，焊出端頭。在焊接過程中，采用小月牙形擺動，保證焊縫熔合良好，焊縫厚度≤4mm。

第三，清根時，保證將焊縫根部兩側清理干凈，并將焊縫夾角打磨出弧狀（見圖7）。手工磨平時注意角磨機的方向，防止切傷母材或修磨后焊縫低于母材[7]。

圖7 清根示意

第四，填充焊時焊接手法為鋸齒形擺動，在焊縫兩邊稍停，注意根部兩側完全熔合，不能有夾渣、未熔合等缺陷，并且預留2～3mm的焊接量，為蓋面焊做準備。蓋面焊時，注意起弧、收弧在端頭外邊，保證兩個邊緣熔合良好，不能低于母材。最后將尖角處補焊修磨，保證圓滑過渡。

5 結束語

經過多種車型百余件枕下中的跟蹤驗證，采用優化方案制作的產品一次交檢合格率達到了99.5%以上。另外，確定了最終的產品制作流程為：反位組裝→封底焊→清根→翻轉→填充焊→蓋面焊。與原制造方案相比，優化方案將枕下中的11個制造工序減少至6個，單班生產能力由原來的4人10輛份提升至2人10輛份，生產效率提升了2倍。而且，通過本次制造工藝優化，打破了傳統思維，為今后帶鈍邊單邊V形焊縫的焊接工藝制定提供了有益參考。