吳劉明明

摘要：本文簡單介紹了八軸交流傳動快速客運電力機車邊梁的結(jié)構(gòu)，對生產(chǎn)過程中可能的焊接變形進行分析，通過確定組裝-焊接順序、設計工裝，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

八軸交流傳動快速客運機車（以下簡稱“快速客運機車”）是在既有和諧系列列車基礎(chǔ)上研制，適用于中國鐵路干線客運牽引，同時也滿足客運專線牽引需求的大功率客運機車，通過減重設計后機車軸重19.5t，總功率11200Kw，運營速度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，傳遞并承載機車垂向作用力和縱向作用力，因此，邊梁質(zhì)量的控制對于整個機車的安全非常重要。

2.快速客運機車邊梁介紹

快速客運機車邊梁整體尺寸為14276.5mm×420mm，在底架四大梁（牽引梁、枕梁、變壓器梁、邊梁）中，邊梁長寬比最大。快速客運機車的邊梁結(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。預計在產(chǎn)品的制造過程中，可能會出現(xiàn)以下的問題：（1）結(jié)構(gòu)的增加使得組裝、固定過程變得復雜；（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)的復雜以及長焊縫數(shù)量的增加可能會使焊接變形難以控制；（4）材料和結(jié)構(gòu)的變化對于工藝放量也會有影響，工藝放量需重新制定。

圖2.1快速客運電力機車左邊梁結(jié)構(gòu)圖

3.快速客運機車邊梁組焊工藝分析

3.1組裝-焊接順序的確定

HXDID，南非22E機車邊梁的生產(chǎn)中，其組裝順序基本一致，其組焊順序為：梁體對接→梁體內(nèi)小部件組焊→立板組焊→邊梁交驗。這種組焊順序工序簡潔，吊運拼接連續(xù)進行，工裝夾具也不需要多次裝卸。

如圖2.1所示，八軸交流傳動快速客運機車的邊梁比HXD1D多了長焊縫1，因此快速客運機車邊梁不能采用上述的組焊順序，梁體組焊時需要先組焊U型梁和立板，再組焊L型梁和立板。因此，八軸快速客運機車的組焊順序更為復雜，其組焊的順序為：立板組焊→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。

3.2工裝設計

邊梁組焊工裝設計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能夠控制焊接變形。[1]對于八軸快速客運機車邊梁的工裝，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，夾具和旋轉(zhuǎn)定位器對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

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

八軸快速客運機車的邊梁的焊接采用的是富氬氣體保護焊，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、保護氣體種類和流量等。焊接參數(shù)選擇不當會造成焊接缺陷：電流過大或者電壓過高會造成咬邊，熱輸入不夠焊接速度過快會造成未熔合。[3]因此，合理的焊接參數(shù)是保證焊接質(zhì)量的前提，本次是通過對不同焊縫制作了焊接工作試件，得到相應的WPS文件，規(guī)定了相應焊縫的焊接標準。

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。或者采用不同的焊接方向和順序，可使局部焊縫變形適當減小或相互抵消，從而達到減小總體變形的目的。當焊縫在1m以上時，可采用分段退焊法、分中分段退焊法、跳焊法、交替焊法；對中等長度（0.5-1m）的焊縫，可采用分中對稱焊法。

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程中，采用跳焊的順序來焊接。考慮到板材比較薄，為控制變形，每段長度在200-400mm之間。

3.5矯正調(diào)修

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

3.6工藝放量的給定

邊梁的4條長達13m的焊縫及梁體對接、立板對接的焊縫決定了邊梁長度方向上有不可避免的縱向收縮，對于這種不可避免的收縮，工藝上通常都是通過工藝放量來解決，即預估焊接時的收縮量，然后再把這個長度放量到零件（通常為梁體、立板）上，使得最終的產(chǎn)品尺寸符合設計圖紙要求。工藝放量需要生產(chǎn)實際的驗證，可以參考成熟的車型，在結(jié)構(gòu)上重點比較梁體對接的焊縫數(shù)量、焊縫間隙、焊縫大小及邊梁板厚。對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)燃機車的工藝放量并考慮到了Q460E與16MnDR材料的焊接性的差異對變量進行放量，使產(chǎn)品尺寸基本滿足要求。

4.結(jié)束語

本文的完成伴隨著八軸快速客運機車的試制過程。在產(chǎn)品試制前，對快速客運機車邊梁圖紙結(jié)構(gòu)分析，根據(jù)結(jié)構(gòu)特點和可能的變形編制了組焊順序、設計了工裝，參考之前成熟車型的工藝放量，給出了工藝放量。在試制過程中，產(chǎn)品的旁彎、立彎合格，驗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機車邊梁的組焊工藝。

5 致謝

本論文的完成從前期準備到試制中問題的發(fā)現(xiàn)以及后續(xù)的改進，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：

[1]焊接工裝夾具設計及應用.王純祥.化學工業(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]國際焊接工程師（IWE）培訓教材. 哈爾濱：哈爾濱焊接培訓中心，2010.