吳剛張忠劉軍

（南車戚墅堰機(jī)車有限公司，江蘇 常州 213000）

0 前言

SDA2型內(nèi)燃機(jī)車是南車戚墅堰機(jī)車有限公司與澳大利亞Pacific National公司聯(lián)合設(shè)計(jì)、推出的新一代適用于窄軌鐵路的交-直-交電傳動(dòng)干線貨運(yùn)內(nèi)燃機(jī)車。它集成了世界一流的設(shè)計(jì)理念和先進(jìn)的機(jī)車制造技術(shù)，是我國(guó)目前出口至發(fā)達(dá)國(guó)家牽引功率最大、最環(huán)保的大功率窄軌內(nèi)燃機(jī)車。

轉(zhuǎn)向架是機(jī)車的安全件之一，而作為焊接部件的構(gòu)架不僅是轉(zhuǎn)向架其他部件的安裝基礎(chǔ)，同時(shí)還要承受和傳遞機(jī)車在運(yùn)行中產(chǎn)生的不同類型的動(dòng)、靜載荷，是一個(gè)復(fù)雜交變載荷作用下的重要受力部件。[1]因此，其制造質(zhì)量直接關(guān)系到整車運(yùn)行的安全。

1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及制造工藝流程

1.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

SDA2型內(nèi)燃機(jī)車構(gòu)架結(jié)構(gòu)圖及主要尺寸如圖1所示。從圖1中可以看到，構(gòu)架主要由左、右側(cè)梁（各1只）、橫梁（2只）、后端梁（1只）、制動(dòng)座一（2只）、制動(dòng)座二（4只）上導(dǎo)向梁（2只）、下導(dǎo)向梁（2只）組成，其中由橫梁、后端梁和左右側(cè)梁組成構(gòu)架H型框架。

圖1 構(gòu)架組成結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

1.2 制造工藝流程

圖2 SDA2型機(jī)車構(gòu)架制造工藝流程圖

2 制造難點(diǎn)及解決措施

2.1 側(cè)梁工藝難點(diǎn)分析

側(cè)梁截面為箱型結(jié)構(gòu)，從上方俯看，中間隔板設(shè)計(jì)較多，厚重而重心相對(duì)較低，剛性較大；兩端隔板較少而重心相對(duì)較高，剛性較小，焊接變形更難控制。構(gòu)件的焊接變形，不僅會(huì)影響生產(chǎn)工藝流程的正常進(jìn)行，而且會(huì)降低結(jié)構(gòu)承載能力，影響結(jié)構(gòu)的尺寸精度與外形。[2]為解決這一問(wèn)題，設(shè)計(jì)采用整體長(zhǎng)度方向的剛性固定裝置即側(cè)梁組焊胎以減少收縮量(如圖3所示)。在側(cè)梁下蓋板上由于存在6個(gè)較大的彈簧安裝孔，導(dǎo)致焊接收縮較大，通過(guò)幾次試驗(yàn)，確定并預(yù)留整體長(zhǎng)度收縮量為12mm，即約為2/1000的收縮比率。

對(duì)于側(cè)梁的整體直線的控制而言，由于其內(nèi)腔隔板較多且多設(shè)計(jì)成復(fù)合焊縫，焊接熱輸入量大，變形無(wú)可避免。尤其是當(dāng)焊接焊縫的第一層時(shí),相對(duì)自由度大,剛性小,極易引起較大旁彎、撓曲變形。因此，對(duì)其焊接變形方向的考慮后，焊接順序決定為以中心隔板開(kāi)始施焊，以兩名焊工同時(shí)對(duì)稱向兩側(cè)開(kāi)始焊接，使焊接應(yīng)力均勻分布在兩側(cè)，變形量也隨之對(duì)稱。另一方面，側(cè)梁下蓋板平面度要求為2mm，增加每段空腔內(nèi)部剛性支撐，焊接收縮量預(yù)留量為2mm，即在圖紙?jiān)O(shè)計(jì)尺寸279mm±1基礎(chǔ)上，立板與下蓋板間距定位尺寸改為282mm，焊接完成冷卻后，經(jīng)測(cè)量，采取以上措施后，側(cè)梁扭曲變形在3mm以內(nèi)，平面度在278-279mm的可控范圍內(nèi)。

圖3 SDA2型機(jī)車構(gòu)架側(cè)梁組焊轉(zhuǎn)胎

對(duì)于側(cè)梁的主焊縫焊接而言，為提高生產(chǎn)效率，采用焊接機(jī)器人進(jìn)行焊接。由于焊材選擇藥芯焊絲，在打底焊縫時(shí)，極易出現(xiàn)根部未焊透情況。經(jīng)過(guò)分析和多次試驗(yàn)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)機(jī)器人在焊接打底焊時(shí)焊接速度偏慢且電壓偏高，電弧熱量沒(méi)有完全作用在待焊接頭上，焊絲未能完全抵達(dá)坡口的根部即開(kāi)始施焊，大部分電弧熱量作用在熔池上，導(dǎo)致熔深不夠，產(chǎn)生未焊透現(xiàn)象。采取的優(yōu)化措施是同時(shí)提高焊接速度和降低電弧電壓，來(lái)以此保證焊接線能量不變，焊縫接頭質(zhì)量不受影響。另一方面，對(duì)焊接槍頭控制其傾斜一定的角度，以45°±2°最為理想，具有最好的焊接可達(dá)性，既能保證焊絲盡可能抵達(dá)坡口根部開(kāi)始熔化，又能保證焊接位置始終保證在PA，形成良好的焊縫外觀，順利的解決根部未焊透現(xiàn)象的發(fā)生。

2.2 橫梁工藝難點(diǎn)分析

橫梁的組焊過(guò)程是先將橫梁框架和立柱分別組焊完，再將兩根立柱組焊到橫梁框架上，完成整個(gè)橫梁的焊接。由于立柱焊接完成后，已經(jīng)確定了橫梁中心線位置，在總成焊接時(shí)，為保證構(gòu)架在寬度方向上的整體收縮能夠盡可能與此線重合，需將橫梁組焊后兩端進(jìn)行機(jī)加工。以兩根立柱的中心線作為橫梁中心線，向兩側(cè)的長(zhǎng)度尺寸均分，預(yù)留橫梁整體焊接收縮余量為2mm，即兩端各1mm。焊接完成后，配合適當(dāng)?shù)幕鹧嬲{(diào)修工序，可完全保證橫梁整體尺寸基本符合圖紙要求。

3 構(gòu)架總成

構(gòu)架總成工序最難控制的是構(gòu)架的四角平面度，此型號(hào)構(gòu)架的設(shè)計(jì)要求是整體平面度控制在4mm以內(nèi)。為解決這一難點(diǎn)，首先構(gòu)架組裝時(shí)等高塊的基準(zhǔn)位置與機(jī)加工車間劃線位置統(tǒng)一。側(cè)梁與橫梁和后端梁裝配時(shí)注意三根梁與側(cè)梁之間的間隙均勻，控制在2mm以內(nèi)，用以保證后續(xù)焊接收縮量一致。定位焊好后，在側(cè)梁兩端用“工“字型夾具將側(cè)梁壓緊在組裝平臺(tái)上，再開(kāi)始焊接各梁與側(cè)梁的對(duì)接坡口焊縫，立板間的角焊縫，防止側(cè)梁受熱后兩端翹起；其次，各配件組裝完畢后，將構(gòu)架整體壓緊在焊接翻轉(zhuǎn)胎上進(jìn)行焊接，按照先焊橫梁、后端梁與測(cè)梁連接的短焊縫，再焊接長(zhǎng)焊縫，最后焊正反面配件，以抵消正反面的焊接變形。

4 結(jié)束語(yǔ)

采用以上工藝生產(chǎn)的SDA2型轉(zhuǎn)向架構(gòu)架，其尺寸和性能滿足設(shè)計(jì)要求，質(zhì)量穩(wěn)定。通過(guò)與國(guó)外專家共同合作的過(guò)程中，消化吸收了其先進(jìn)的焊接質(zhì)量控制理念和焊接工藝，提升了公司焊接技術(shù)水平。同時(shí)，該型號(hào)通過(guò)了鐵科院標(biāo)準(zhǔn)下的各項(xiàng)性能測(cè)試，滿足了在澳大利亞鐵路系統(tǒng)運(yùn)行的各項(xiàng)要求。

［1］王挺,楊闖,郭淑琴．HXD3型電力機(jī)車轉(zhuǎn)向架構(gòu)架焊接工藝研究[J]．機(jī)車車輛工藝,2011.

［2］史耀武.焊接手冊(cè)[M].3版．北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2007.