出口澳大利亞敞車上心盤壓裝工藝分析

摘要：鐵路貨車底架中梁和上心盤是最主要的承載部件之一，不但要承受垂向載荷，還要承擔(dān)縱向載荷，所以中梁和上心盤的設(shè)計以及制造質(zhì)量非常關(guān)鍵。本文針對公司研制的出口澳大利亞敞車，在介紹箱型中梁和上心盤壓裝組焊式結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過對壓裝工藝難點和變形分析，提出了優(yōu)化、控制壓裝和組焊工藝措施，并通過批量生產(chǎn)工藝驗證，確保上心盤與下蓋板貼合間隙小于0.5mm的技術(shù)要求，進而確保了出口澳大利亞敞車上心盤壓裝和中梁組焊產(chǎn)品質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：敞車；上心盤；壓裝工藝

鐵路貨車在運行過程中，各主要零、部件承受著復(fù)雜的載荷作用。敞車底架中梁和上心盤是最主要的承載部件之一，不但要承受垂向載荷，還要承擔(dān)縱向載荷，所以中梁和上心盤的設(shè)計以及制造質(zhì)量非常關(guān)鍵[1]。在設(shè)計和制造過程中，為確保中梁和上心盤組成結(jié)構(gòu)受垂向載荷、縱向載荷承載能力，不發(fā)生因受力不均造成的破壞開裂，必須確保中梁和上心盤裝配密貼，局部間隙不大于0.5mm的技術(shù)要求。國內(nèi)C70型敞車、C80型敞車均采用屈服強度為450MPa的熱軋乙字型鋼作為中梁和上心盤鉚接結(jié)構(gòu)，見圖1。我公司研制的出口澳大利亞敞車根據(jù)輕量化設(shè)計原則，為降低車輛自重，中梁采用屈服強度為450MPa高強耐候鋼組焊箱型中梁和上心盤壓裝組焊式結(jié)構(gòu)。本文在介紹箱型中梁和上心盤壓裝組焊式結(jié)構(gòu)，分析壓裝工藝難點和變形的基礎(chǔ)上，提出了優(yōu)化、控制壓裝和組焊工藝措施。

1 箱型中梁和上心盤壓裝結(jié)構(gòu)介紹

出口澳大利亞敞車中梁結(jié)構(gòu)，由箱型組焊中梁、心盤座和上心盤壓裝、組焊而成，見圖2。

中梁為上、下蓋板和腹板組焊而成的箱型中梁，心盤座為AAR M 201標準C級鑄鋼結(jié)構(gòu)，上心盤為25Mn鍛造結(jié)構(gòu)。中梁腹板、心盤座、上心盤與中梁下蓋板裝配和組焊結(jié)構(gòu)見圖3，工藝流程為先組焊箱型中梁，焊接編號為1和2的焊縫（以下簡稱焊縫1、2） ，然后將心盤座壓入箱型中梁，并完成編號為3的焊縫焊接（以下簡稱焊縫3）；檢測中梁下蓋板平面度小于0.5mm后再將上心盤壓入心盤座，檢測上心盤與下蓋板裝配間隙小于0.5mm后組焊上心盤與中梁下蓋板編號為4的焊縫。

2工藝難點分析

上心盤壓入心盤座后，能否有效控制上心盤與中梁下蓋板間隙小于0.5mm是壓裝和裝配關(guān)鍵技術(shù)指標。通過上述對箱型中梁和上心盤壓裝組焊式結(jié)構(gòu)的介紹，中梁為組焊箱型中梁，焊接焊縫1、2和3時，中梁下蓋板極易發(fā)生變形。由于上心盤為機加工平面，平面度易于保證，可見控制下蓋板變形，確保平面度小于0.5mm是整個制造過程的難點。在首臺樣車試制過程中，因未能有效控制下蓋板變形，導(dǎo)致樣車試制上心盤壓裝后與下蓋板間隙大于技術(shù)要求0.5mm，局部檢測為1.0mm，見圖4。

3中梁下蓋板變形和壓裝工藝

3.1 下蓋板變形分析

下蓋板為14mm板厚的Q450NQR1高強耐候鋼，板材在等離子切割下料過程中，由于鋼板材質(zhì)受熱不均，產(chǎn)生熱應(yīng)力，導(dǎo)致板材發(fā)生輕微的波浪變形，同時，下蓋板為壓型折彎件，壓型過程中因塑形變形和殘余應(yīng)變，導(dǎo)致下蓋板再次發(fā)生變形。

3.2下蓋板組焊工藝分析

在箱型梁的焊接中，焊接變形一般是由焊縫的縱向或橫向收縮造成的，裝配質(zhì)量不好，工件位置放置不當，焊接順序不合理，都會引起扭曲變形[2]。中梁焊接過程中由于焊縫的收縮，很容易導(dǎo)致中梁下蓋板變形，下面分別對1、2和3的焊縫焊接時，中梁下蓋板發(fā)生的變形趨勢進行分析。

3.2.1中梁腹板與下蓋板T型坡口內(nèi)側(cè)焊縫1

焊縫1為T型坡口焊縫，因為箱型內(nèi)腔要壓裝心盤座，必須打磨平整焊縫的余高，確保焊縫與腹板平齊。完成焊縫1后，由于焊縫收縮導(dǎo)致下蓋板發(fā)生局部變形，自由狀態(tài)下變形橫斷面趨勢如圖5所示，在樣車試制階段由于工裝中沒有向下的約束結(jié)構(gòu)，下蓋板的變形未能有效控制。

3.2.2中梁腹板與下蓋板T型坡口外側(cè)焊縫2

焊縫2為T型坡口加角焊縫，焊接焊縫2時，同樣由于焊縫收縮會導(dǎo)致下蓋板再次發(fā)生局部角變形，下蓋板角變形趨勢如圖5所示。

3.3 心盤座與下蓋板環(huán)型角焊縫3

心盤座與中梁下蓋板為環(huán)形角焊縫，心盤座與中梁下蓋板壓裝間隙是決定焊接后下蓋板變形的關(guān)鍵，必須密貼，否則很容易導(dǎo)致下蓋板發(fā)生變形。

可見，出口澳大利亞敞車上心盤壓裝工藝的關(guān)鍵是控制下蓋板在下料、箱型梁組焊過程中的變形控制，通過分析，箱型梁組焊過程中的變形因素主要為焊接焊縫1、2和3時發(fā)生的變形，必須對這些影響因素進行工藝優(yōu)化，采取措施有效控制下蓋板變形。

4 工藝優(yōu)化及措施

4.1下蓋板下料、壓型變形控制工藝措施

針對中梁下蓋板等離子切割下料過程中和壓型過程中發(fā)生的變形，在箱型梁組焊裝配前，采用油壓機對上心盤與下蓋板貼合區(qū)域進行調(diào)平處理，保證中梁下蓋板的平面度小于0.5mm。焊接前對下蓋板平面度進行檢測，共檢測6個點，如圖6所示，檢測的數(shù)值見表1，最小值為B5=0.1mm，最大值為B4=0.5mm。

4.2 優(yōu)化工裝夾具和焊接順序

焊接中梁腹板與下蓋板T型坡口內(nèi)側(cè)焊縫1時，采用小規(guī)范焊接參數(shù)，多層多道焊接，盡量減少焊接熱輸入，降低變形，同時在工裝上增加下蓋板固定裝置，控制焊接變形。對中梁腹板與下蓋板T型坡口外側(cè)焊縫2先不焊接，將上心盤壓裝到箱型中梁內(nèi)腔后，在提高整個結(jié)構(gòu)剛性的條件下，再完成焊接，可有效減少下蓋板焊接變形。焊縫1焊接后對下蓋板平面度進行檢測，共檢測6個點，如圖7所示，檢測的數(shù)值見表2，最小值為h5=0.1mm，最大值h4=0.8mm。

4.3心盤座壓裝及組焊工藝優(yōu)化

為確保心盤座壓裝與下蓋板密貼，采用油壓機壓裝心盤座，保證心盤座與中梁下蓋板密貼，局部間隙小于0.3mm。中梁下蓋板與中梁心盤座的焊縫，焊接前用塞尺檢查組裝間隙，滿足要求后再完成焊縫3的焊接，可有效控制下蓋板變形。心盤座壓裝、焊縫3焊接后對下蓋板平面度進行檢測，共檢測6個點，如圖8所示，檢測的數(shù)值見表3，最小值H4 =0.1mm，最大值H5 =0.4mm。

4.4中梁下蓋板修磨

壓裝上心盤前，檢查中梁下蓋板的平面度，對平面度局部超差的情況，采用拋光砂輪對中梁下蓋板進行修磨，根據(jù)澳大利亞AS 1554.1鋼結(jié)構(gòu)焊接標準規(guī)范修磨量不能大于板厚的5%，即0.7mm。

5 結(jié)論

（1）對中梁下蓋板下料、壓型過程中的變形控制和調(diào)平工藝，有效控制了箱型梁組焊前下蓋板配件平面度；

（2）優(yōu)化中梁下蓋板與腹板焊接工裝夾具和先壓裝心盤座與下蓋板密貼再焊接的措施，降低了中梁下蓋板與腹板焊接造成下蓋板變形；

（3）壓裝上心盤前，對上心盤與下蓋板貼合面平面度進行檢測，對局部變形較大區(qū)域進行修磨，確保上心盤與下蓋板貼合面間隙小于0.5mm技術(shù)要求。

通過批量生產(chǎn)，上述工藝方法相互配合，共同作用，能夠確保上心盤與下蓋板貼合間隙小于0.5mm的技術(shù)要求，進而確保了出口澳大利亞敞車上心盤壓裝和中梁組焊產(chǎn)品質(zhì)量。

參考文獻：

[1] 王春山，陳雷.鐵路重載提速貨車技術(shù)[M]. 北京：中國鐵道出版社，2010.3.

[2] 中國機械工程學(xué)會焊接學(xué)會編.焊接手冊第3卷焊接結(jié)構(gòu)[M] .北京：機械工業(yè)出版社，2001.8.

作者簡介：張江銀（1982-），男，高級工程師，本科。endprint