转向架焊接构架制造工艺

转向架焊接构架制造工艺

沈建蔡天云王建中

中车齐齐哈尔车辆有限公司黑龙江齐齐哈尔161002

摘要：焊接工艺作为轨道车辆生产制造的核心技术，是衡量车辆装备制造能力的重要标志之一。随着高速铁路的迅速发展和城铁车辆市场的扩大，原有的焊接制造工艺已不能满足生产提能、提质的要求。进而使车辆的制造工艺面临新的挑战。

关键词：转向架；焊接构架；制造工艺

转向架是机车的安全件之一。而作为焊接部件的构架不仅是转向架其他部件的安装基础。同时还要承受和传递机车在运行中产生的不同类型的动、静载荷。是一个复杂交变载荷作用下的重要受力部件。川因此。其制造质量直接关系到整车运行的安全。

1构架难点

（1）横梁部分：所有梁体在其上组装，横梁平面度对组装尺寸影响较大。

（2）侧梁部分：侧梁分为4部分，各部分侧梁的平行度、对称度等对于电机悬伸梁、端梁的组装尺寸影响较大。

（3）端梁部分：两端梁平行度、间距与对称度对构架尺寸影响较大。

（4）电机悬伸梁部分：作为构架加工基准，尺寸控制要求高，焊缝主要集中在一侧，易产生变形。

2关键制造技术分析

2.1重要部件质量控制要点

侧梁、心盘梁所有隔板与上盖板的间隙要求不大于0.5mm，且要与下盖板密贴。腹板与上下盖板的垂直度不大于1mm，心盘粱心盘面与旁承座面处的平面度为0.5mm，侧梁轮对处平面度为1mm。而且，2个部件的上下盖板为多折点压型件，既要控制其压型角度，又要控制其装配空间尺寸，给零部件的制造带来较大的困难。

重要部件的质量特点如下：（1）心盘梁、横梁、侧梁形成的钢构架总体要求高。要求心盘梁、横梁、侧梁组焊后形成的钢构架整体扭曲不大于2mm，构架中部上挠度为0——3mm，构架对角线方向上同轴位导框距之差不大于2mm，同一导框之间公差为士1mm。这种近似H形钢结构的组焊件在焊后极易出现两端向内的焊接变形，势必对总体制造尺寸造成影响。（2）导框组焊后整体尺寸精度的控制要求高。导框1、导框2与心盘梁、横梁、侧梁形成的钢构架组焊后，要求其固定轴距对角线（之差不大于2mm，两侧同轴位轴箱导框至中心的偏差不超过1mm，两导框距构架中心尺寸之差不大于2mm。由于导框l、导框2本体也是精加工件，对于如此相互制约、高精度的制造要求，如何与其进行匹配制造并确定合理的制造工艺至为关键。（3）心盘梁与横梁间连接渡板装配间隙小。心盘梁与横梁间连接渡板位置形成了空间尺寸。因连接渡板本体是压型件，而装配间隙要求小于1mm，因此控制零件的下料、压型及加工尺寸使其达到间隙要求成为重点工艺工序。

2.2焊接工艺的特殊要求

心盘梁上下盖板与腹板的焊缝、侧梁上下盖板与腹板的焊缝、心盘梁与横梁的接头焊缝按GB11345—1989《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级》的要求进行检查，检验等级为B级，评定等级为II级。板材对接焊缝要求采用超声波探伤检查，这在货车制造业属较高标准。但对心盘梁和侧梁上下盖板与腹板形成的角焊缝进行超声波探伤检查却没有相关评定标准，这也是难点之一。

3关键制造工艺技术

合理的工艺流程是确保产品质量的前提。根据构

架组成结构特点确定采用部件式组装方法完成其装配制造，即划分零部件制造单元，进行零件的制造及分部件组装，然后再进行单元部件的总装配。针对上述制造难点，根据对以上构架组成制造难点的分析及所确定的工艺流程，对钢结构及导框1、导框2采用组装夹具进行组装、焊接，制定“以装备保工艺、以工艺保质量”的制造原则，在采用部分工装的基础上，还采取以下相应工艺措施，保证其总体制造质量。

3.1心盘梁、横梁、侧梁钢结构制造

3.1.1控制零件的加工制造质量

零件是部件组成的最小单位，只有控制好零件的制造质量，才能保证部件的组装质量，贯彻“以零件保部件、以部件保整机”的指导思想。具体措施有：（1）对每一组转向架的心盘梁、横梁及侧梁腹板果取成组加工的方式，保证其外形尺寸的一致性。（2）采用数控铣床加工以降低部件的残余内应力。（3）板材下料周边均在整张板的内部进行火焰切割制造，保证其受火焰切割产生的内应力自身平衡，避免加工后出现变形。（4）对有组装间隙要求的隔板，在制定工艺时要求其按公差上限制造。对上下盖板压型件除进行精确放样外，还要增加精修型工序。

3.1.2控制部件制造质量

部件质量是整机最终质量保证的前提。根据质量特性值的要求，除产品外形尺寸外，形位公差的要求也相当严格，因此确定合理的组装、定位基准是关键。在心盘梁、横梁、侧梁部件组成时采取了倒装工艺，以两腹板为定位基准进行组装。控制零件的加工质量，是为了避免在组装过程中为保证装配尺寸而使用过大的外力来顶压零件。对于隔板组装间隙的要求，可采用对超差隔板进行磨削的方式来保证。

3.2钢构架的组装及焊接变形控制

由心盘梁、横梁、侧梁形成的钢构架，在专用组装夹具上进行组装、焊接。在横梁、侧梁、心盘梁组装对接位置预留2mm的焊接收缩量，以便于焊后尺寸精度的保障。为防止焊接过程造成钢构架的变形而影响转向架的最终性能指标，采取以下措施以减少焊接变形及构架的内应力：

（1）在两端部同时加装刚性支撑，通过刚性固定法消除焊接变形对钢构架造成的尺寸偏差。在整体翻转机上进行翻转焊接，并保证两端的刚性连接稳固，使其始终处于刚性固定，这对减少焊接变形非常有利。（2）在焊接顺序上，以各梁件组成的回字形外侧焊缝为第1焊接顺序，并按从外向内、从下向上的顺序进行，以使构架刚度稳定。（3）把焊缝层间温度控制在100℃左右，以防止过大的温差变化使焊接变形增大。（4）构架整体组焊后采取550℃——600℃焖火热处理3h，以降低内应力及减少焊接变形。（5）整体矫正工序是对出现钢构架尺寸超差进行校正的一项工艺预防和调整措施。在该钢结构制造过程中，部分部件出现了两侧对角线间的扭曲变形超差，为此采取了火焰矫正并配合压力机进行矫型的工艺方法，使扭曲变形控制在2mm以内的公差范围内。

3.3挠度尺寸的确定

通过对产品结构进行分析，确定先焊接整体结构的下部焊缝，以控制焊接工序产生的焊接变形趋势，使其向利于产品挠度要求的方向发展。采取该措施后，焊后变形均控制在1mm，--2mm之间，故不再进行先期的预挠度制造。

3.4导框组焊后的尺寸加工

心盘梁、横梁、侧梁形成的钢构架制造完成后，组装粗加工后的导框1、导框2，其主要工作面即与轴箱组装的各面，全部预留了5mm的加工余量。同时以导框1、导框2的本体中心为基准进行组装，此时各导框的中心已固定，能引起变化的只是微弱的平面角度变化。然后再次进行尺寸检测，实施焊接工序。在数显三坐标划线机上进行整体划线工序。由于此时涉及到导框对角线、L差等尺寸公差，最主要的是关系到枕梁与侧梁等形位尺寸公差的保障，故在划线基准选取过程中要分成2个方面进行考虑：（1）以导框1、导框2本体中心为基准进行尺寸划分；（2）以心盘梁上盖板组装心盘平面处为基准，对侧梁等四角的形位公差进行选取。以上2个划线基准是不可分割的，最终所有的公差都将汇集在导框1、导框2所预留的5mm加工余量上，也就是两方面的误差要相互借用才能保证整个构架的总体设计尺寸及形位公差要求。在落地镗铣床上一次装夹，进行整体加工，以避免多次装夹所带来的制造误差，然后再次在数显三坐标划线机上检测、交检交验。

结语

现代焊接技术以高效、节能、优质及工艺过程数字化、自动化、智能化控制为特征。因此，无论是随着新的焊接材料和结构的不断出现。开发新的焊接工艺方法，还是改进常用的焊接工艺方法，提高焊接过程机械化、自动化水平，提高焊接质量和生产率，焊接技术的不断发展对轨道车辆制造水平的提升起着重要作用。

参考文献

[1]陈宏宇。发达国家开展国际科技合作的经验及启示[J].科技成果纵横，2009，5：27—28.

[2]阳国亮，吕伟斌，程启原。泛北部湾国际科技合作及其模式选择[J].学术论坛，2009，7：97—101.