轉(zhuǎn)向架構(gòu)架側(cè)梁焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

金亞平 周建強(qiáng) 孫貴舜

摘 要：構(gòu)架屬于轉(zhuǎn)向架的基本承載部件，同時也是轉(zhuǎn)向架中其余零件順利安裝的前提與基礎(chǔ)，它不僅要支撐機(jī)車中的全部設(shè)備，還需有效傳遞機(jī)車牽引力。所以，在落實(shí)構(gòu)架生產(chǎn)工作時，焊接應(yīng)力以及變形控制特別重要，側(cè)梁就屬于焊接時有效控制與管理焊接變形的基礎(chǔ)與關(guān)鍵。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)向架構(gòu)架;側(cè)梁;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);焊接變形

引言：

本文結(jié)合筆者的自身實(shí)踐，以路基處理車為研究對象，對側(cè)梁組焊當(dāng)中引發(fā)應(yīng)力和變形的具體因素做出了細(xì)致的分析，從側(cè)梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及組焊順序入手，最大范圍降低焊接應(yīng)力和變形，希望可以在今后的構(gòu)架組焊中不借助整體調(diào)修以及退火處理技術(shù)的協(xié)助，進(jìn)而有效降低成本的投入，提升實(shí)際工作效率。

1路基處理車構(gòu)架側(cè)梁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

1.1 構(gòu)架側(cè)梁組成

路基處理車的構(gòu)架由腹板、中間板、筋板、下拱板以及下?lián)醢褰M成。側(cè)梁一方的腹板是鋼板，這一側(cè)梁同橫梁焊接形成構(gòu)架，而另一方的腹板就是用三塊鋼板來拼焊而成的，同理下拱板也是由三塊鋼板的拼焊組成。

1.2 側(cè)梁結(jié)構(gòu)與工藝特點(diǎn)

路基處理車的側(cè)梁從側(cè)面觀看，形狀較為簡單，兩端比中間輕，呈弓字形。因?yàn)楦鞑糠珠g都是自然過渡，因此為自動焊奠定了基礎(chǔ)，可有效提升焊接的品質(zhì)，可用于大批量的轉(zhuǎn)向架生產(chǎn)中。針對箱型梁而言（如圖一），因?yàn)樗慕Y(jié)構(gòu)尺寸略長，在熱輸入中不均勻性明顯，會出現(xiàn)許多的焊接應(yīng)力和變形，有時候焊接變形會嚴(yán)重超出設(shè)計(jì)要求，此時就要選擇火焰與機(jī)械等進(jìn)行矯正，這樣不但會加大成本投入，還會在某種程度上使殘余應(yīng)力的實(shí)際分布情況得到改變，易出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，大幅縮短產(chǎn)品壽命。為控制箱形梁今后的實(shí)際焊接變形，可以選擇優(yōu)化結(jié)構(gòu)，利用對稱焊縫，轉(zhuǎn)變焊接的順序，調(diào)整實(shí)際的熱輸入量。所以，對側(cè)梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及焊接過程展開當(dāng)中探究，總結(jié)能降低側(cè)梁焊接變形的應(yīng)對方案與措施，對當(dāng)今的生產(chǎn)與今后同類產(chǎn)品開發(fā)都有重要的現(xiàn)實(shí)意義與價值。

2構(gòu)架側(cè)梁焊接變形的控制

降低焊接應(yīng)力與變形的方法較多。第一，可以選擇科學(xué)的焊接程序，比如分段焊和分層焊。第二，在條件允許情況下選擇對稱焊縫，讓它的變形相互抵消。第三，在施焊開始之前對結(jié)構(gòu)做出預(yù)變形，此時的變形要與實(shí)際變形相反。

2.1根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)利用焊接變形

焊接應(yīng)力以及變形會出現(xiàn)在所有的鋼結(jié)構(gòu)當(dāng)中，不能完全避免與消除，但是能在設(shè)計(jì)時科學(xué)借助焊接變形，讓它朝著利于結(jié)構(gòu)與降低整體應(yīng)力及變形的方向發(fā)展。在側(cè)梁構(gòu)架設(shè)計(jì)中，可以借助對稱焊縫設(shè)計(jì)與預(yù)變形，利用焊縫的合理增加降低焊接的應(yīng)力與變形。側(cè)梁下方主要由下?lián)醢迮c下拱板拼焊組成，添加兩條焊縫不僅能降低下?lián)醢宓膶?shí)際壓型難度，還能在裝配中實(shí)現(xiàn)兩方水平度低于1的工藝要求。通常來說，在構(gòu)架的側(cè)梁中要形成拱狀上撓度，用來抵消由于車體的上方重量構(gòu)成的下彎。筆者總結(jié)了兩種預(yù)制上撓度的具體方案。

第一，在下料中，可以在腹板中預(yù)留適宜的上撓度，但此種做法會加大下料的成本及難度，并且還會加大裝配的難度。此種方式對構(gòu)架的要求十分嚴(yán)格。第二，利用機(jī)械或是火焰進(jìn)行調(diào)修，在機(jī)械調(diào)修中要使用專門機(jī)械，完成調(diào)修后會發(fā)生反彈;火焰調(diào)修是借助火焰加熱發(fā)生的局部變形，冷卻后縮短來具體實(shí)現(xiàn)的，它的準(zhǔn)確度較低。在底部設(shè)計(jì)中添加兩條對稱型焊縫就相當(dāng)于在底部開展了對稱型火焰加熱活動，當(dāng)組裝焊接完成之后，側(cè)梁立馬就可以形成與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)相符的上撓度，此時可以不專門組織機(jī)械調(diào)修及火焰調(diào)修活動。

2.2通過優(yōu)化焊接順序減少焊接變形

在落實(shí)路基處理車架的側(cè)梁焊接工作中，可以選擇以下多種焊接工藝。第一，根據(jù)有關(guān)要求組裝好上拱板中的腹板與筋板，組織定位焊活動。第二，當(dāng)兩端板完成組裝后，組織定位焊活動。第三，內(nèi)部焊縫可以用手工焊來完成。第四，落實(shí)兩側(cè)腹板的組裝工作，組織定位焊活動。第五，完成中間腹板的組裝工作后，組織定位焊活動。第六，在外部主焊縫中可以用機(jī)械手來實(shí)施焊接。

仔細(xì)觀察路基處理車當(dāng)中構(gòu)架的側(cè)梁結(jié)構(gòu)，它是箱形結(jié)構(gòu)。筆者通過剖析得知，定位焊對于變形的實(shí)際影響偏小，只有筋板與兩端板要利用手工焊接，且筋板焊接對于側(cè)梁的縱向變形制約與影響偏小，但是焊接順序不合理極易引發(fā)側(cè)梁發(fā)生扭曲。在筋板和兩端板的焊接中，要避免對同一區(qū)域的持續(xù)加熱，合理落實(shí)上文提及的措施能把手工焊接時產(chǎn)生的實(shí)際焊接應(yīng)力和變形降至最低。在機(jī)械手組織開展側(cè)梁外部的焊接活動時，焊接的順序特別重要，與實(shí)際的焊接變形緊密相關(guān)，通常來說，機(jī)械手在落實(shí)外部焊接工作時要實(shí)施兩次焊接，且兩次都要選擇對角焊接（如圖二），使熱量輸入實(shí)現(xiàn)均勻分布。按照側(cè)梁的結(jié)構(gòu)特征可知，焊接的結(jié)構(gòu)剛性與焊縫變形扭曲成正比。筆者通過大量的實(shí)驗(yàn)與剖析可知，首道焊縫要選擇結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較大的區(qū)域，此時的焊接變形量最低，也就是說，首道焊縫作用的拱板要有凸出部分。之后要借助機(jī)器手落實(shí)對稱型自動打底焊工作。當(dāng)首次打底焊接完成之后，就可形成向上擾度與向外旁彎。

在二次焊接時，要先完成腹板中間兩道焊縫以及下拱板和下?lián)醢彘g兩道焊縫的焊接任務(wù)，由于這時側(cè)梁還沒有焊接成一體，極易引發(fā)變形進(jìn)而降低應(yīng)力，最后使用對稱交替焊落實(shí)側(cè)梁縱向的焊接工作。

3結(jié)束語

綜合來說，筆者通過大量的實(shí)驗(yàn)與探究得知。第一，在結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)中，要適當(dāng)增加焊縫，促進(jìn)焊接變形的有效科學(xué)控制。第二，必須科學(xué)排列焊接的實(shí)際順序，以最大程度減輕具體的焊接應(yīng)力與變形。第三，通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化，合理確定焊接順序，選擇應(yīng)力與變形較小的焊接工藝，有效提升焊接整體質(zhì)量。最后，筆者希望通過簡要清晰的闡述，為相關(guān)行業(yè)工作人員今后的工作落實(shí)提供理論支撐，為我國該領(lǐng)域的發(fā)展添磚加瓦。

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