董世康 袁武 單凱

摘 要：自我國首列高鐵開通運(yùn)行以來，軌道車輛制造技術(shù)得到了較快的發(fā)展，作為軌道車輛的關(guān)鍵部件，轉(zhuǎn)向架制造技術(shù)提升就顯得尤為重要。該文通過對動(dòng)車組轉(zhuǎn)向架橫梁生產(chǎn)實(shí)際進(jìn)行分析，總結(jié)了橫梁的組焊工藝，從保證焊縫質(zhì)量、控制焊接變形兩方面進(jìn)行研究，為動(dòng)車組橫梁制造提供實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)全面敘述了橫梁制造流程、制造難點(diǎn)及解決方法及對機(jī)械手自動(dòng)化焊接技術(shù)和三維檢測技術(shù)在橫梁制造過程中的應(yīng)用進(jìn)行了介紹，通過這些技術(shù)的應(yīng)用，可以較好地提升產(chǎn)品質(zhì)量和形象，為批量化生產(chǎn)提供支撐。

關(guān)鍵詞：動(dòng)車組 轉(zhuǎn)向架 焊接變形

中圖分類號(hào)：U266 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2019）02（a）-00-02

自2008年首列京津城際高鐵開通運(yùn)行以來，我國高鐵事業(yè)得到長足的發(fā)展。適應(yīng)各種速度等級要求和不同環(huán)境要求的高速列車陸續(xù)研制推出，為國民的出行提供了極大的便利和舒適性。轉(zhuǎn)向架在高速運(yùn)行中，承受安裝部件的工作載荷以及牽引、制動(dòng)和慣性力等復(fù)雜載荷，是高速列車運(yùn)行穩(wěn)定性、安全性和舒適性的關(guān)鍵部件。

作為轉(zhuǎn)向架重要組成部件，橫梁結(jié)構(gòu)復(fù)雜，焊接難度大且變形復(fù)雜。其承載部件和焊后組裝尺寸控制多，要求具有很高的制造精度和質(zhì)量安全性。

該文從生產(chǎn)實(shí)際出發(fā)，圍繞焊縫質(zhì)量和焊接變形控制，對工藝流程制定、單件成型工藝、焊接工藝、焊縫檢測工藝、調(diào)修工藝進(jìn)行全面的分析研究。

1 橫梁結(jié)構(gòu)介紹

動(dòng)車組橫梁分為動(dòng)車橫梁和拖車橫梁兩大類別。在結(jié)構(gòu)上，除起到連接側(cè)梁作用外，還需組焊牽引電機(jī)座、齒輪箱座、制動(dòng)吊座等關(guān)鍵部件。目前國內(nèi)不同型號(hào)動(dòng)車組轉(zhuǎn)向架橫梁在結(jié)構(gòu)上具有一定的延續(xù)性，最大的區(qū)別為采用橫梁管結(jié)構(gòu)或板式箱體結(jié)構(gòu)與側(cè)梁進(jìn)行連接。動(dòng)車組動(dòng)車橫梁和拖車橫梁結(jié)構(gòu)分為以下部件：（1）橫梁管；（2）連接座；（3）橫向止擋座；（4）牽引電機(jī)座、齒輪箱座等；（5）制動(dòng)橫梁管。

2 制造流程及制造難點(diǎn)

2.1 制造流程

橫梁制造流程總體上采用模塊化制造。將橫梁劃分為橫梁管、橫向止擋座、制動(dòng)橫梁管等次部件模塊。在次部件組裝、焊接、調(diào)修合格后，進(jìn)行橫梁組成組焊作業(yè)。模塊化制造更有利于進(jìn)行焊接變形控制和生產(chǎn)組織。具體流程如下。

（1）橫梁管組，將橫梁管與側(cè)梁連接座進(jìn)行組焊。

（2）橫梁次部件組成，將橫梁上制動(dòng)吊座、橫向止擋座等次部件的焊接。

（3）橫梁組成，將橫梁管組成與橫梁次部件進(jìn)行組焊，實(shí)現(xiàn)橫梁的最終組成。

2.2 制造難點(diǎn)

⑴焊接質(zhì)量控制。

受焊接材料、焊縫組裝質(zhì)量、焊縫形式、焊接位置受限以及焊縫檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)較高等條件約束，焊接操作難度本身較大。另外，焊接返修會(huì)造成焊接結(jié)構(gòu)強(qiáng)度下降并可能造成微觀裂紋，并且每次焊接作業(yè)都會(huì)造成一定的焊接變形，增加尺寸控制的難度。因此對橫梁焊接一次合格率要求較高，焊接操作難度更大。

（2）焊接變形控制。

通過熱處理，可以有效釋放構(gòu)架組焊后的殘余應(yīng)力，改善構(gòu)架應(yīng)力分布狀態(tài)。由于高鐵橫梁采用耐候鋼材料，熱處理作業(yè)會(huì)對材料組織及性能造成較大影響。因此要求橫梁在進(jìn)行焊接后，不允許進(jìn)行熱調(diào)修和熱處理作業(yè)。只允許在較小的偏差范圍內(nèi)進(jìn)行冷調(diào)修。因此，如何控制焊接變形在合理的可調(diào)整范圍內(nèi)，是制造的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

3 焊縫質(zhì)量控制

3.1 焊材選用

動(dòng)車組橫梁選用耐候鋼材料焊接結(jié)構(gòu)。因其耐大氣腐蝕性好，且抗拉強(qiáng)度高、塑性好的特點(diǎn)，已成為高速列車轉(zhuǎn)向架的優(yōu)選材料。目前國轉(zhuǎn)向架構(gòu)架材料多選用高強(qiáng)耐候鋼材料，常見的如S355J2W（H）以及日系SMA490BW[1]。針對高強(qiáng)度耐候鋼焊接裂紋傾向明顯的特點(diǎn)及轉(zhuǎn)向架高安全性能要求。焊接填充材料選用必須符合國際標(biāo)準(zhǔn)ISO14341要求，且多選用進(jìn)口填充材料，為提高焊接性并補(bǔ)充耐候鋼材料焊接過程微量金屬的損耗，填充材料中經(jīng)常含Zr、Ni、Cu等元素。

3.2 單件質(zhì)量控制

為保證焊縫質(zhì)量和控制焊接變形量，從下料、折彎工序開始，即實(shí)行要求高于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的單件質(zhì)量控制。對于平板件，全長范圍內(nèi)平面度要求≤0.5mm。對于折彎成型件，在壓彎的基礎(chǔ)上，增加調(diào)修工藝，保證折彎件與檢測樣板之間間隙要求≤0.5mm，折彎處局部間隙要求≤1mm。同時(shí)為保證工件表面質(zhì)量，避免出現(xiàn)壓痕。

3.3 焊接工藝

在保證組裝單件尺寸質(zhì)量的基礎(chǔ)上，進(jìn)而保證組裝件裝配質(zhì)量。完成組裝后，采用機(jī)械手或手工方法進(jìn)行焊接。常用焊接方法為MAG焊。由于要求較高的一次焊接合格率，焊工在通過ISO9606-1或ISO14732考試的基礎(chǔ)上，還需經(jīng)過反復(fù)的工作試件練習(xí)，以達(dá)到焊縫外觀成型良好和焊縫內(nèi)部質(zhì)量一次合格率很高的目的。

3.4 焊縫檢測

焊接缺欠可分為兩大類：第一大類是焊接變形和殘余應(yīng)力。第二大類為類裂紋缺欠，是焊接結(jié)構(gòu)中最危險(xiǎn)的缺欠，宏觀裂紋會(huì)導(dǎo)致構(gòu)架結(jié)構(gòu)的報(bào)廢，微觀裂紋如果不能被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，也會(huì)極大地降低焊接結(jié)構(gòu)運(yùn)行的可靠性，甚至?xí)斐蔀?zāi)難性事故的發(fā)生，具有更大的危害性[2]。

因此需要對所有焊縫按質(zhì)量等級實(shí)施檢驗(yàn)。焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)是制造過程中一道不可或缺的工序。橫梁焊縫采用外觀檢測、磁粉檢測、超聲波檢測、X射線探傷等方法。焊縫質(zhì)量等級越高，采用的檢測方法越嚴(yán)格。幾種檢測手段的綜合運(yùn)用，對焊縫從外觀到焊縫內(nèi)部進(jìn)行全面檢測。如橫梁管與連接座CPA等級焊縫。需采用外觀、磁粉和射線探傷檢測合格。

4 焊接變形控制

4.1 模塊化制造

焊接順序?qū)附幼冃纹鹬匾饔?。?.1制造流程所述，將橫梁分成若干組焊模塊次部件。對每個(gè)模塊的焊接順序進(jìn)行反復(fù)調(diào)整，對焊接后變形進(jìn)行測量對比，確定變形規(guī)律。便于制定合理的工藝放量和反變形量，實(shí)現(xiàn)冷調(diào)修保證模塊尺寸，最終實(shí)現(xiàn)控制橫梁組成尺寸的目的。

4.2 自動(dòng)化焊接技術(shù)應(yīng)用

要實(shí)現(xiàn)高鐵橫梁批量化生產(chǎn)，保證穩(wěn)定的質(zhì)量輸出，還需提升自動(dòng)化焊接率，全焊縫自動(dòng)化焊接率達(dá)到80%以上。如下為典型部件的機(jī)械手焊接。

（1）橫梁管焊接。

采用機(jī)械手焊接，可以保證焊接位置始終處于PA位置，降低了焊接難度，使CPA焊縫一次焊接合格率更高。

（2）制動(dòng)橫梁管焊接、橫梁管二次自動(dòng)化焊接。

采用機(jī)械手焊接，可以保證更固定的焊接熱輸入，變形更具規(guī)律，便于更好地制定調(diào)修工藝。

（3）橫向止擋座自動(dòng)化焊接。

焊接結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，手工焊接要求技能較高，采用機(jī)械手焊接，程序調(diào)整優(yōu)化后，可以明顯降低操作難度，更好的保證質(zhì)量。

4.3 三維檢測技術(shù)應(yīng)用

（1）對組焊工裝的三維檢測。

對組焊工裝進(jìn)行三維檢測，確保工裝尺寸和準(zhǔn)確的反變形。目的是在保證單件尺寸的基礎(chǔ)上，進(jìn)而保證焊接組裝質(zhì)量。組裝質(zhì)量是保證焊接質(zhì)量和焊后變形的關(guān)鍵因素。

（2）對組焊件的三維檢測。

對組焊件焊后尺寸的檢測，進(jìn)行數(shù)據(jù)對比積累，主要為驗(yàn)證焊接變形量和為調(diào)修作業(yè)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，進(jìn)行工藝優(yōu)化。

5 結(jié)語

該文通過對多種動(dòng)車組轉(zhuǎn)向架橫梁生產(chǎn)實(shí)際進(jìn)行分析，對橫梁組焊工藝進(jìn)行總結(jié)，主要從保證焊縫質(zhì)量，控制焊接變形兩方面進(jìn)行研究。全面敘述了橫梁制造流程、制造過程中難點(diǎn)及解決方法。同時(shí)對機(jī)械手自動(dòng)化焊接技術(shù)和三維檢測技術(shù)在橫梁制造過程中的應(yīng)用進(jìn)行了介紹，通過這些技術(shù)的應(yīng)用，可以較好地提升產(chǎn)品質(zhì)量和形象，并為批量化生產(chǎn)提供支撐。

參考文獻(xiàn)

[1] 張志毅.高速列車轉(zhuǎn)向架用鋼熱物理性能[J].電焊機(jī)， 2016（6）：46.

[2] 盧耀輝.鐵道客車轉(zhuǎn)向架焊接構(gòu)架疲勞可靠性研究[D].西南交通大學(xué)，2011.

[3] 李向偉.基于質(zhì)量模糊評判模型的焊縫疲勞壽命評估[J].焊接學(xué)報(bào)，2010，31（8）：49-52.