低地板輕軌車轉向架焊接變形分析及工藝控制方法研究

王子棟

（中車長春軌道客車股份有限公司,長春 130062）

低地板輕軌車轉向架焊接變形分析及工藝控制方法研究

王子棟

（中車長春軌道客車股份有限公司,長春 130062）

本文通過對CW12、CW20兩種典型低地板轉向架產(chǎn)品結構及焊接制造工藝過程的研究，解析構架產(chǎn)生焊接變形的原因同時提出一種控制角度變形的全新工藝方法。

低地板構架;焊接角度變形;反變形

0 前言

低地板車輛共分為兩個平臺系列，即70%和100%低地板。近年來，國內(nèi)外市場對低地板輕軌車的需求量逐年遞增，我公司在該領域也開發(fā)了多種產(chǎn)品。本文選取了CW12、CW20兩種典型的低地板轉向架，針對其制造工藝過程中遇到的焊接角度變形問題進行研究分析，并提出一種全新的解決方案[1]。

1 低地板構架結構簡介

CW12轉向架屬于70%低地板系列的產(chǎn)品，構架主要結構包括橫梁、側梁。其中橫梁為箱型板材拼焊結構，側梁由中部的二系彈簧座鑄件與兩側板材拼焊的箱型結構構成，橫側梁連接方式采用對接形式。側梁軸箱安裝面位置如圖呈一個“八”字型結構上窄下寬，與豎直方向呈8°的傾角。

CW20轉向架屬于100%低地板系列的產(chǎn)品，構架主要結構包括橫梁、側梁。其中橫梁為箱型板材拼焊結構，側梁由中部的二系彈簧座鑄件與兩側板材拼焊的箱型結構構成。與CW12轉向架不同，該構架二系彈簧座占側梁的整體比例更大，鑄件與板材件的接口采用對接形式。橫側梁連接方式采用半對接半插接的形式，其中橫梁蓋板與側梁實現(xiàn)對接，立板與側梁為插接的連接方式。側梁軸箱安裝面位置也是呈一個“八”字型結構上窄下寬，與豎直方向呈12°的傾角。

圖1 CW12轉向架示意圖

圖2 CW20轉向架示意圖

2 焊接變形趨勢分析

CW12、CW20兩種轉向架構架的二系部位均為鑄件構成，構架整體焊接后對此區(qū)域的尺寸變形幾乎很小，其主要焊接量均在側梁一系軸箱安裝面及側梁端部的位置。

此類型構架焊接量集中的區(qū)域也恰巧是自身結構抗變形能力較為薄弱的位置，兩端的軸箱安裝面位置均呈一個“八”字型上窄下寬的結構，分別與豎直面呈8°和12°的傾角，焊接受熱后極易發(fā)生角度變形。焊接后側梁端部的軸箱安裝面將沿著折彎點向構架中心方向有一個角度變形即8°和12°的傾角將比理論值要略小。經(jīng)過多次試驗分析產(chǎn)生角度變形的原因主要包括焊接順序以及工件焊接過程中受約束的程度。

3 焊接變形控制方案

本文針對低地板側梁焊接后發(fā)生角度變形的問題，提出一種新的工藝控制方法。設計制造的一種防變形裝置，通過焊接前預留角度的反變形量并在焊接過程中實現(xiàn)剛性支撐，同時在焊接過程中選擇合適的焊接順序以達到控制焊接變形的目的。

3.1 焊接順序的控制方案

焊接順序是一個控制焊接變形的重要手段，選擇合理的焊接順序是可以達到最大程度減小焊接變形的目的。其作用主要在于通過在同一工件多道焊縫的焊接過程中，利用后一道焊縫的焊接過程最大程度的消除前一道焊縫帶來的變形影響，從而達到最大程度的熱輸入平衡以減小焊接帶來的變形。

結合CW12、CW20兩種構架的結構分析，側梁焊接后變形趨勢為沿端部的折彎點向構架中心一側產(chǎn)生變形，為此在焊接過程中可以優(yōu)先焊接可以讓側梁產(chǎn)生向外側變形趨勢的焊縫以達到抵消或減小向內(nèi)變形的趨勢，如圖3所示側梁端部上、下蓋板與立板共計4條焊縫共計12道，則優(yōu)先考慮焊接上蓋板與立板的焊縫以獲得側梁向外側變形的趨勢，具體操作順序如下。

圖3 焊接順序示意

每道焊縫焊接三層，共計12道焊縫順序如下：

焊縫A：1 ，5 ，9 焊縫B：2 ，6 ，10

焊縫C：4 ，8 ，12 焊縫D：3 ，7 ，11

3.2 焊接反變性控制方案

焊接的反變形量通常是在焊接作業(yè)前對工件在線性尺寸或角度尺寸上提前做出一定的改變以補償焊接后產(chǎn)生的變形所作的調整。針對本文介紹的兩種構架提出了一種新的控制角度變形的方案，針對此類型構架一系軸箱安裝面位置特殊的八字形結構設計一種防變形裝置，可以實現(xiàn)工件焊接前預留角度反變性同時在焊接過程中還可以實現(xiàn)剛性支撐的以控制焊接變形的目的。

圖4 側梁防變形裝置實施示意圖

（1）設計制造一種防變形裝置如圖示件2所示。其中防變形裝置包含兩個部分，分別為下部的支撐裝置和上部的壓緊裝置。支撐裝置的兩個斜面其中靠近側梁中心一側的使用面角度與側梁軸箱安裝面保持一致，端部的一側角度則增加1°的反變形量。

（2）支撐裝置沿側梁呈“八”字形斜面從下方向上安裝，利用壓緊裝置頂緊側梁從而使支撐裝置能夠沿側梁一系軸箱安裝面向上移動。當支撐裝置的兩個斜面均與側梁實現(xiàn)嚴密貼合時停止加力，此時即達到了側梁靠近端部一側的斜面角度向外側預留了1°反變形量的效果。

（3）側梁在焊接作業(yè)過程中，支撐裝置（件2）始終對側梁一系軸箱安裝面實現(xiàn)剛性支撐以達到控制側梁焊接角度變形的作用。焊接后松開壓緊裝置即可從側梁下方卸下支撐裝置，當支撐裝置卸下后剛性支撐消失，側梁的角度必然要向內(nèi)有一定的角度反彈從而抵消之前預留的角度反變形量，最終達到側梁近似接近原始理論值的效果。

4 結論

通過上述分析可知，低地板構架結構較為特殊局部結構抗變形能力較弱，但通過合理的工藝手段可以取得良好的效果，有效提升產(chǎn)品質量及生產(chǎn)效率。同時，針對低地板構架二系軸箱安裝位置“八”字型結構上窄下寬的結構，通過試驗分析總結，此處結構預留的反變形角度約為1°最為合適。

[1]辛勇生,胡榮偉,黃思源.100%低地板車輛轉向架構架制造工藝[J].金屬加工：冷加工,2015(22)：16-17.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.22.035