天津焊轨车车架组焊质量控制

天津焊轨车车架组焊质量控制

顾皓 周华

（中车戚墅堰机车有限公司  机车制造中心  213011）

摘要：天津地铁自行式焊轨车是基于上海地铁自行式焊轨车的成熟系统和部件，为满足用户的需求进行适应性改进的车型。焊轨车车体采用内走廊整体承载式。车体上部包括司机室、电气室、动力室、泵站室、工作室、焊机室六个部分。通过对天津焊轨车车架的关键尺寸、关键焊缝质量控制方面的研究、探索与应用，进而保证天津焊轨车车架的组焊质量。

关键词： 车架；关键尺寸；关键焊缝质量；组焊质量。

1 车架组焊控制难点

由于天津地铁自行式焊轨车是基于上海地铁自行式焊轨车的成熟系统和部件进行改进设计的，其车架结构也与上海焊轨车结构相似。借鉴上海焊轨车车架在制作过程中主要发现以下问题点：（1）车架侧梁局部变形造成旁弯尺寸和车架宽度尺寸局部超差,使机车车架的侧梁外表面形成若干个凹坑，影响机车的外观质量；（2）车架组焊后中部下垂，两端上翘，车架呈现“凹”字型，出现车架反挠度，不仅影响后续柴油机的安装及车钩高度的调整，而且相较以往车架挠度调修，调修作业时间及作业强度约为原来的3倍；（3）车架侧梁中部过渡拼接处的8条焊缝在首次焊接和磁粉探伤后均出现裂纹，且经过多次对该焊缝的返修和探伤，发现焊缝表面裂纹仍然不能被清除。

2 车架组焊控制难点原因分析

2.1 车架旁弯和宽度尺寸超差原因分析

（1）如图1所示，车架两侧的侧梁采用两段拼接的形式，中间采用过渡板连接；两段侧梁均采用20#槽钢、筋板、腹板组焊而成，由于侧梁内筋板较多，相应的焊缝较多，焊接热量大，焊后变形严重；且由于采用的20#槽钢这种轧制的型材，其本身刚性好，一旦焊接产生变形后，调修较以往更加困难。因此侧梁本身组焊后存在变形和局部最大5-6mm的旁弯。

图1 侧梁示意图

（2）如图2所示，车架各横梁分别连接中梁和侧梁，从而形成车架的主梁结构。其中中梁为通长的箱型梁结构，其宽度在通长范围内也存在3-5mm的差值。因此各横梁的长度尺寸、中梁的宽度尺寸均不同程度的影响车架的宽度与旁弯尺寸。

图2 车架各梁示意图

2.2 车架反挠度原因分析

（1）由于天津焊轨车车架中梁与横梁、侧梁相连，车架横向存在数量较多的横梁，而车架纵向缺少梁的尺寸，因而车架在横向刚性较好，纵向的刚性较差，而车架纵向的刚性直接影响车架的挠度控制；此外车架纵向刚度及挠度主要由贯通车架整个纵向的中梁决定，虽然中梁为箱型结构，刚性较好，但由于中梁组焊时没有预设挠度，使得中梁挠度与车架挠度不一致，使得车架挠度调修起来更加费力。

（2）车架盖板组焊时，车架挠度还未进行控制，此时挠度处于自由状态。车架上盖板焊接后，盖板与车架的连接焊缝引起车架的纵向收缩，由于车架中部焊缝和两端的收缩不同，进行造成车架两端高，中部低，形成车架反挠度。

2.3 车架侧梁中部拼缝裂纹原因分析

（1）如图3所示，车架侧梁中部为一块10mm的过渡板，过渡板两侧分别与前后两段侧梁的立板连接。由于组装方式和焊接位置的问题，该处焊缝设计的接头坡口形式与实际需求坡口相反，造成该处拼缝熔深不够。

（2）该处焊缝需采用立向上位置的焊接，焊接参数过小，焊缝表面经打磨后形成，焊缝不具备足够的熔深，无法保证焊缝的强度，若选择的焊接参数过大，熔池易击穿，焊缝成形困难。

图3 侧梁过渡板焊接接头示意图

3 车架组焊质量控制与探索

3.1 车架旁弯和宽度尺寸控制

（1）针对侧梁刚性足，一旦变形后难以调修的问题，一方面在侧梁与车架组焊前控制单根侧梁的平面度与旁弯，即减少侧梁筋板焊缝的焊接热输入[1]，减少变形量，将侧梁外立面的平面度控制在2mm/m2，侧梁旁弯控制在全场范围内4-5mm；另一方面在侧梁与车架组焊后，对于侧梁外立面局部旁弯较大的地方，使用如图4所示的调修装置，一头与车体侧壁相连，另一头与车架侧梁相连，对侧梁采用600-700℃的中温火焰加热，即侧梁表面加热时的颜色控制在赤褐色到暗赤色之间，再使用螺杆将侧梁凹陷处拉平矫正，待该处冷却后将调修装置从车架上移除。

（2）针对横梁的长度尺寸、中梁的宽度尺寸不一致问题，可将横梁的零部件制作长度尺寸控制在+3mm至+5mm范围内，同时依据中梁立板宽度尺寸的具体尺寸对横梁长度进行配割，使车架横向尺寸整体控制在+2mm至+4mm范围内,且车架两侧横梁外立面的旁弯控制在3mm范围内。

图4 调修装置示意图

3.2 车架挠度控制

（1）针对车架纵向缺少支撑梁，导致车架挠度受制与中梁的挠度问题，在车架的中梁组装时，由于车架采用反装方式，提前在车架前后两端的中梁与车架组装胎位间增加8mm的工艺垫板，即提前对中梁设置了8mm的下挠度；同时对中梁左右侧立板处采用600-700℃的中温火焰加热和空气缓慢冷却的方式进行调修，使中梁能够达到预设的挠度值。

（2）针对上盖板组焊时未控制挠度，使车架出现反挠度的问题，通过使用工艺支撑对挠度进行提前控制。即车架处于正置状态时（车架正面朝上），在左右两侧梁的中部位置增加向上顶的工艺撑，形成上挠度；在车架处于反置状态时（车架反面朝上），在左右两侧梁的前后两端位置增加向上顶的工艺撑，形成下挠度。通过盖板及车架组焊前对车架挠度的预设和控制，可以有效避免车架反挠度的形成。

3.3 车架侧梁中部拼缝裂纹控制

（1）针对拼缝坡口问题，如图5所示将过渡板上原有的坡口使用火焰切割去除形成直边，同时在侧梁直边上切割出45°坡口，同时在过渡板组装前，在侧梁坡口内侧增加永久性钢衬垫，用以弥补切割造成的拼缝间隙过大的问题。

图5 侧梁过渡板焊接接头改进示意图

（2）针对立向上焊焊接参数设置不合理的问题，由于焊缝的母材采用Q420E-10mm与Q235A-10mm对接，为获得良好的电弧挺度，选择采用熔化极活性气体保护焊作为焊接方法，选择直径为φ1.2mm、牌号为ER50-6的焊丝作为焊接材料，采用82%Ar +18%CO2作为保护气体，电流极性采用直流正接，设置如表6所示的焊接参数作为操作参考。

表6 过渡板焊接参数表

4 结论

通过上述对车架旁弯及宽度尺寸的控制、挠度控制以及侧梁中部拼缝裂纹控制措施的实施与验证，使车架的各项关键尺寸能够满足图纸要求及TB/T 2250关于焊接结构未注尺寸公差要求，关键焊缝质量能够满足QSQT38-70JT.1《车体焊接技术条件》要求。

参考文献：

[1]陈晓芳.某碳钢车转向架侧梁组焊工艺分析[J]..基层建设，2021（6）：99-101.

作者简介：顾皓，男，1991年6月11日，汉族，江苏省常州市，大学本科，工程师，焊接技术与工程专业