永磁直驅(qū)轉(zhuǎn)向架側(cè)梁焊接變形管控分析

朱玉河 王濤 隋旭日

摘 要：當前，軌道交通領(lǐng)域開始廣泛應(yīng)用永磁直驅(qū)技術(shù)，轉(zhuǎn)向架是其重要環(huán)節(jié)。相比于傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向架，永磁轉(zhuǎn)向架選擇永磁直驅(qū)同步電動機，能夠?qū)囕喕蚴擒囕S直接進行驅(qū)動，具有體積小、噪音小、重量輕以及效率高等特點。然而在試制時存在焊接變形問題，組裝構(gòu)架的工序是其主要問題，側(cè)梁兩端的中心距尺寸無法滿足工藝標準。對此，本文對相關(guān)問題進行簡單分析，之后針對側(cè)梁組焊、機械手焊接等工序提出優(yōu)化建議。

關(guān)鍵詞：永磁直驅(qū);轉(zhuǎn)向架;側(cè)梁焊接;變形管控

前言：

永磁直驅(qū)轉(zhuǎn)向架，需要滿足80km/h標準。主要由動車構(gòu)架M0、拖車構(gòu)架T1與T2構(gòu)成，T2為柔性結(jié)構(gòu)，與傳統(tǒng)構(gòu)架相比，剛度不足，借助板長、板厚與鋼板夾角的調(diào)節(jié)，獲得扭轉(zhuǎn)剛度，促使扭曲線路運行安全。相比于傳統(tǒng)構(gòu)架，永磁構(gòu)架將吊桿座去掉，促使構(gòu)架結(jié)構(gòu)尺寸變小，重量降低。因為側(cè)梁焊接之后會出現(xiàn)變形問題，需要進行返工，使得工作人員工作量增加，并增加生產(chǎn)成本。

1 問題概況

永磁轉(zhuǎn)向架通常專用柔性架構(gòu)理念，以保證對不平順路線進行充分適應(yīng)，促使車輛工作安全性得到充分提升[1]。柔性架構(gòu)主要選擇H型焊接，有橫梁與側(cè)梁構(gòu)成。一般涵蓋新型牽引拉桿復(fù)合座、1個橫梁與2個側(cè)梁構(gòu)成。見下圖。

開展轉(zhuǎn)向架試制工作時，因為需要機加工側(cè)梁定位座，因此，需要對尺寸進行準確控制，若是該環(huán)節(jié)尺寸不滿足要求，那么應(yīng)該返修處理，情況嚴重則會直接報廢。因此，組裝構(gòu)架師，應(yīng)該對尺寸問題加以重視：比如，X方向尺寸應(yīng)該滿足2264±2mm要求，Y方向應(yīng)該滿足1964±1mm要求，Z方向需要滿足300±1mm要求。所以試制時出現(xiàn)以下問題。

①組裝時，Y向尺寸超出標準要求，在查找原因過程中，發(fā)現(xiàn)側(cè)梁腹板焊縫焊接熱量較大并且焊縫受熱缺少均勻性，形成焊接應(yīng)力，導(dǎo)致側(cè)梁變形。②側(cè)梁所有焊縫控制均較為關(guān)鍵，任何尺寸不滿足要求，均難以確保Z向X向尺寸。

2 側(cè)梁尺寸控制

2.1側(cè)梁組焊

側(cè)梁具體工藝見下圖。

主要通過以下方法進行控制，①科學(xué)選擇工藝參數(shù)。②科學(xué)設(shè)置焊接順序。③剛性固定。組裝內(nèi)腔時，通過定位座保證尺寸，焊接時通過工藝支撐促使側(cè)梁橫向變形得到有效控制，合理選擇工藝參數(shù)保證電流始終處于290A左右，電壓處于29V左右，焊接速度在4.5mm/s，借助q=ηIU/v公式，保證線能量為1633.7J/mm。合理確定焊接順序，首先進行筋板焊接，之后進行內(nèi)腔長焊縫焊接，焊接筋板時，首先進行兩端筋板焊接，之后進行中間筋板焊接;焊接長焊縫時，安排兩名焊接工人從中間同時向兩邊進行焊接。雖然出現(xiàn)縱向變形，然而滿足工藝要求[2]。

2.2機械手焊接

主要通過對工藝參數(shù)加以優(yōu)化以及剛性固定手段進行尺寸控制。比如，通過壓塊與工裝對機械手進行固定，焊接過程中對層間溫度與焊縫熱輸入加以控制，設(shè)置4層焊縫，保證焊接電流在250A左右，電壓在27V左右，有效管控側(cè)梁變形問題。

2.3側(cè)梁外體

該環(huán)節(jié)選擇先對兩端進行焊接，之后對中間進行焊接的手段，順序如下：①U型打底焊對稱焊接，數(shù)量4道;②進行封板對稱焊接，數(shù)量2塊;③機械手的剩余焊縫打底焊，數(shù)量1道;④U型填充以及蓋面焊，數(shù)量4道;⑤剩余焊縫蓋面焊，數(shù)量4道;⑥起吊環(huán)焊接，數(shù)量2個;⑦外側(cè)定位座焊接，數(shù)量2個;⑧垂向擋焊接，數(shù)量2個;⑨內(nèi)側(cè)定位座焊接，數(shù)量2個。借助該順序，促使縱向變形量始終保持在2mm范圍內(nèi)。

2.4側(cè)梁調(diào)修

調(diào)修環(huán)節(jié)主要采取中性焰，促使經(jīng)導(dǎo)柱定位座距離選擇線形加熱方式，保證寬度低于30mm，溫度始終低于800℃，側(cè)梁調(diào)修過程中同樣會形成縱向變形，完成調(diào)修工作后，尺寸需要保持在2264±2mm范圍內(nèi)，側(cè)梁調(diào)修最終結(jié)果為1162mm，因此，滿足工藝要求。

2.5構(gòu)架組裝

通過對側(cè)梁工藝進行分析，以及個人工作經(jīng)驗，向相關(guān)部門建議，應(yīng)該優(yōu)化該工藝流程，應(yīng)該設(shè)置二次調(diào)修環(huán)節(jié)，同時在最后流程展開，通過分析，確定梁端甩頭問題，主要是由于小件焊接造成的，該部件有2個T型槽、2個槽座、2個郵箱安裝座、2塊小筋板、2個接地線座、2個提吊銷等部件。

所以小件焊縫一般在外腹板上較為集中，因此，焊縫會形成朝內(nèi)腹板方向的彎曲變形，進行熱脹冷縮處理之后，側(cè)梁端頭形成甩頭問題。筆者首先進行內(nèi)腹板焊接，之后進行外腹板焊接，就是提前設(shè)置反變形，以下為焊接順序：①制動套管展開打底焊處理;②進行填充焊處理;③接地線座的對稱焊接處理;④對稱焊接小筋板;⑤提吊銷對稱焊接;⑥安裝座;⑦T型槽與槽座對稱焊接;⑧蓋面焊外腹板的之洞套管[3]。

借助相關(guān)實驗發(fā)現(xiàn)，進行二次調(diào)修過程中，采用上述焊接順序，甩頭變形問題被充分管控在3mm以內(nèi)，借助優(yōu)化工藝流程與焊接順序，使得側(cè)梁調(diào)修返工問題得到進一步解決。

3 改進效果分析

借助科學(xué)確定焊接順序、合理調(diào)整工藝參數(shù)以及優(yōu)化工藝流程等手段，并結(jié)合剛性固定與反變形方法，促使產(chǎn)品質(zhì)量得到進一步控制，保證其開展組裝構(gòu)架過程中，兩端梁的中心距為處于1964±0.5mm范圍內(nèi)容，與工藝標準相符。見下表。

結(jié)語：

綜上所述，通過持續(xù)分析，并借助實驗對新方法進行檢驗，合理確定工藝流程和焊接順序，促使尺寸充分滿足工藝要求，減少返工問題，進而降低生產(chǎn)成本，同時緩解工人工作壓力與負擔(dān)，可以在寬松氛圍中開展各項工作，減少工作強度，充分提高生產(chǎn)效率。由于篇幅與時間原因，本文論述并不全面，希望各位老師能夠予以補充。

參考文獻：

[1]孫海東， 施青松， 王日藝，等. 永磁直驅(qū)轉(zhuǎn)向架柔性構(gòu)架強度計算與分析[J]. 機車電傳動， 2014（2）：31-34.

[2]盧之強， 蘇杭. 永磁直驅(qū)轉(zhuǎn)向架側(cè)梁焊接變形控制[J]. 現(xiàn)代焊接， 2016（7期）：56-58.

[3]王慶偉. 永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機轉(zhuǎn)子機座焊接變形控制[J]. 金屬加工：熱加工， 2017， （14）：57-60.