八軸交流傳動(dòng)快速客運(yùn)電力機(jī)車邊梁組焊工藝分析

吳劉明明

摘要：本文簡(jiǎn)單介紹了八軸交流傳動(dòng)快速客運(yùn)電力機(jī)車邊梁的結(jié)構(gòu)，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中可能的焊接變形進(jìn)行分析，通過(guò)確定組裝-焊接順序、設(shè)計(jì)工裝，選定焊材和合理焊接參數(shù)、制定焊接順序、給定工藝放量，最終確定了邊梁的組焊工藝。

關(guān)鍵詞：邊梁；組焊工藝

1.引言

八軸交流傳動(dòng)快速客運(yùn)機(jī)車（以下簡(jiǎn)稱“快速客運(yùn)機(jī)車”）是在既有和諧系列列車基礎(chǔ)上研制，適用于中國(guó)鐵路干線客運(yùn)牽引，同時(shí)也滿足客運(yùn)專線牽引需求的大功率客運(yùn)機(jī)車，通過(guò)減重設(shè)計(jì)后機(jī)車軸重19.5t，總功率11200Kw，運(yùn)營(yíng)速度160Km/h，構(gòu)造速度210Km/h。邊梁作為底架重要組成部分，主要作用為連接牽引梁、枕梁、變壓器梁，傳遞并承載機(jī)車垂向作用力和縱向作用力，因此，邊梁質(zhì)量的控制對(duì)于整個(gè)機(jī)車的安全非常重要。

2.快速客運(yùn)機(jī)車邊梁介紹

快速客運(yùn)機(jī)車邊梁整體尺寸為14276.5mm×420mm，在底架四大梁（牽引梁、枕梁、變壓器梁、邊梁）中，邊梁長(zhǎng)寬比最大?？焖倏瓦\(yùn)機(jī)車的邊梁結(jié)構(gòu)如圖2.1所示，主要由U型梁、L型梁、梁體內(nèi)小部件、立板組成。而之前的機(jī)車邊梁，主要由C型梁、蓋板、梁體內(nèi)小部件組成。伴隨著結(jié)構(gòu)的變化，在材料、板厚等方面也有著不同。預(yù)計(jì)在產(chǎn)品的制造過(guò)程中，可能會(huì)出現(xiàn)以下的問(wèn)題：（1）結(jié)構(gòu)的增加使得組裝、固定過(guò)程變得復(fù)雜；（2）母材的改變使得焊材和焊接參數(shù)重新選擇才能保證焊接質(zhì)量；（3）板厚的減小、結(jié)構(gòu)的復(fù)雜以及長(zhǎng)焊縫數(shù)量的增加可能會(huì)使焊接變形難以控制；（4）材料和結(jié)構(gòu)的變化對(duì)于工藝放量也會(huì)有影響，工藝放量需重新制定。

圖2.1快速客運(yùn)電力機(jī)車左邊梁結(jié)構(gòu)圖

3.快速客運(yùn)機(jī)車邊梁組焊工藝分析

3.1組裝-焊接順序的確定

HXDID，南非22E機(jī)車邊梁的生產(chǎn)中，其組裝順序基本一致，其組焊順序?yàn)椋毫后w對(duì)接→梁體內(nèi)小部件組焊→立板組焊→邊梁交驗(yàn)。這種組焊順序工序簡(jiǎn)潔，吊運(yùn)拼接連續(xù)進(jìn)行，工裝夾具也不需要多次裝卸。

如圖2.1所示，八軸交流傳動(dòng)快速客運(yùn)機(jī)車的邊梁比HXD1D多了長(zhǎng)焊縫1，因此快速客運(yùn)機(jī)車邊梁不能采用上述的組焊順序，梁體組焊時(shí)需要先組焊U型梁和立板，再組焊L型梁和立板。因此，八軸快速客運(yùn)機(jī)車的組焊順序更為復(fù)雜，其組焊的順序?yàn)椋毫褰M焊→梁體內(nèi)小部件組焊→U型梁體與立板組焊→L型梁體與立板組焊→邊梁交驗(yàn)。

3.2工裝設(shè)計(jì)

邊梁組焊工裝設(shè)計(jì)的基本原則是能夠滿足邊梁組裝和焊接的工藝要求。要滿足組裝要求，需要工裝具有定位作用；要滿足焊接要求，需要工裝在不影響施焊的同時(shí)能夠控制焊接變形。[1]對(duì)于八軸快速客運(yùn)機(jī)車邊梁的工裝，主要需滿足立板、L型梁、U型梁的定位和變形控制。借助現(xiàn)有的邊梁組焊平臺(tái)，夾具和旋轉(zhuǎn)定位器對(duì)L型梁和U型梁在水平和豎直方向有定位和夾緊或頂緊作用，定位塊對(duì)立板在水平和豎直方向起定位和限制變形作用。

3.3焊材及焊接參數(shù)選擇

低合金高強(qiáng)鋼焊接材料的選用總的原則是要根據(jù)產(chǎn)品對(duì)焊縫性能要求選擇材料，高強(qiáng)鋼焊接時(shí)，一般選擇與母材強(qiáng)度相當(dāng)?shù)暮附硬牧?，必須綜合考慮焊縫金屬的韌性、塑性及強(qiáng)度，只要焊縫強(qiáng)度或焊接接頭的實(shí)際強(qiáng)度不低于產(chǎn)品要求即可。[2]八軸快速客運(yùn)機(jī)車邊梁的材料為Q460E，據(jù)等強(qiáng)匹配的原則，車間選用的焊絲型號(hào)為ER55-Ni1。

八軸快速客運(yùn)機(jī)車的邊梁的焊接采用的是富氬氣體保護(hù)焊，其焊接參數(shù)包括：電弧電壓、送絲速度、焊接速度、焊絲干伸長(zhǎng)、保護(hù)氣體種類和流量等。焊接參數(shù)選擇不當(dāng)會(huì)造成焊接缺陷：電流過(guò)大或者電壓過(guò)高會(huì)造成咬邊，熱輸入不夠焊接速度過(guò)快會(huì)造成未熔合。[3]因此，合理的焊接參數(shù)是保證焊接質(zhì)量的前提，本次是通過(guò)對(duì)不同焊縫制作了焊接工作試件，得到相應(yīng)的WPS文件，規(guī)定了相應(yīng)焊縫的焊接標(biāo)準(zhǔn)。

3.4焊接順序的確定

不同的焊接順序焊后將產(chǎn)生不同的變形量，所以在焊接時(shí)盡量采用合適的焊接方法。在可能的情況下，將連續(xù)焊縫改成斷續(xù)焊縫可減少焊縫和工件由于受熱而產(chǎn)生的塑性變形?；蛘卟捎貌煌暮附臃较蚝晚樞?，可使局部焊縫變形適當(dāng)減小或相互抵消，從而達(dá)到減小總體變形的目的。當(dāng)焊縫在1m以上時(shí)，可采用分段退焊法、分中分段退焊法、跳焊法、交替焊法；對(duì)中等長(zhǎng)度（0.5-1m）的焊縫，可采用分中對(duì)稱焊法。

跳焊法除立焊外，平焊、橫焊、仰焊三種方法都適用。多用在6-12mm厚鋼板的長(zhǎng)焊縫和鑄鐵、不銹鋼、銅的焊接上，可以分散焊縫熱量，避免或減小變形。

因此，在U型梁和立板、L型梁和立板的焊接過(guò)程中，采用跳焊的順序來(lái)焊接?？紤]到板材比較薄，為控制變形，每段長(zhǎng)度在200-400mm之間。

3.5矯正調(diào)修

雖然組焊過(guò)程中對(duì)焊接變形采取措施進(jìn)行了控制，但是在組焊完成后仍然很難保證邊梁的旁彎和立彎在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)（旁彎≤4mm），因此，在組焊完成后一般需要對(duì)梁體進(jìn)行火焰調(diào)修，保證其在合適范圍內(nèi)。目前車間采用氧—乙炔進(jìn)行火焰矯正，對(duì)于本次新材料，在試制前進(jìn)行火焰矯正試驗(yàn)。超過(guò)600℃烤火，材料的屈服強(qiáng)度下降趨勢(shì)會(huì)比較明顯，因此材料的烤火溫度不宜超過(guò)600℃。

3.6工藝放量的給定

邊梁的4條長(zhǎng)達(dá)13m的焊縫及梁體對(duì)接、立板對(duì)接的焊縫決定了邊梁長(zhǎng)度方向上有不可避免的縱向收縮，對(duì)于這種不可避免的收縮，工藝上通常都是通過(guò)工藝放量來(lái)解決，即預(yù)估焊接時(shí)的收縮量，然后再把這個(gè)長(zhǎng)度放量到零件（通常為梁體、立板）上，使得最終的產(chǎn)品尺寸符合設(shè)計(jì)圖紙要求。工藝放量需要生產(chǎn)實(shí)際的驗(yàn)證，可以參考成熟的車型，在結(jié)構(gòu)上重點(diǎn)比較梁體對(duì)接的焊縫數(shù)量、焊縫間隙、焊縫大小及邊梁板厚。對(duì)于本次邊梁的放量我們參考了之前類似結(jié)構(gòu)的哈薩克斯坦內(nèi)燃機(jī)車的工藝放量并考慮到了Q460E與16MnDR材料的焊接性的差異對(duì)變量進(jìn)行放量，使產(chǎn)品尺寸基本滿足要求。

4.結(jié)束語(yǔ)

本文的完成伴隨著八軸快速客運(yùn)機(jī)車的試制過(guò)程。在產(chǎn)品試制前，對(duì)快速客運(yùn)機(jī)車邊梁圖紙結(jié)構(gòu)分析，根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和可能的變形編制了組焊順序、設(shè)計(jì)了工裝，參考之前成熟車型的工藝放量，給出了工藝放量。在試制過(guò)程中，產(chǎn)品的旁彎、立彎合格，驗(yàn)證了組焊順序和工裝的可靠性；其中很多重要尺寸也符合要求，只有部分尺寸在修磨后合格，根據(jù)修磨的尺寸再優(yōu)化了工藝放量，最終制定了適合八軸快速客運(yùn)機(jī)車邊梁的組焊工藝。

5 致謝

本論文的完成從前期準(zhǔn)備到試制中問(wèn)題的發(fā)現(xiàn)以及后續(xù)的改進(jìn)，車體工藝辦公室和車體車間很多人給了我?guī)椭?，在大家的幫助下，最終確定了合理的邊梁組焊工藝。

參考文獻(xiàn)：

[1]焊接工裝夾具設(shè)計(jì)及應(yīng)用.王純祥.化學(xué)工業(yè)出版社.2014.

[2]Q460E焊接性能分析及匹配焊材研究.黃東鎏.2008.

[3]國(guó)際焊接工程師（IWE）培訓(xùn)教材. 哈爾濱：哈爾濱焊接培訓(xùn)中心，2010.