C70E敞車枕梁下蓋板組成制造工藝優(yōu)化研究

蓋建敏，劉志彬

中車石家莊車輛有限公司 河北石家莊 051430

1 序言

C70E型通用敞車枕梁下蓋板組成（中）（以下簡稱枕下中）是該車的關(guān)鍵部件之一，如圖1所示。該配件材質(zhì)為Q450NQR1，由厚度為10mm左右對(duì)稱的2個(gè)補(bǔ)強(qiáng)板（1）、2個(gè)補(bǔ)強(qiáng)板（2）和中間1個(gè)枕梁下蓋板（中）共5個(gè)零件通過手工氣體保護(hù)焊焊接而成。其中4條焊縫均為帶鈍邊單邊V形焊縫，焊接難度大，并且對(duì)于單邊V形焊縫而言，焊接變形不易控制，且調(diào)平時(shí)容易導(dǎo)致焊接端頭產(chǎn)生裂紋[1]。其最終產(chǎn)品質(zhì)量狀態(tài)直接影響著下道工序中梁組成、上心盤鉚接（見圖2）、轉(zhuǎn)向架落成的質(zhì)量，甚至威脅到車輛行車安全。

因此，在枕下中產(chǎn)品制作中，對(duì)焊接人員的技能要求以及焊接變形的管控顯得尤為重要。

圖1 枕梁下蓋板組成（中）

圖2 枕梁下蓋板組成（中）安裝位置

2 制作要求

工藝文件對(duì)焊接參數(shù)（見表1）以及組裝、焊接提出了具體要求。

表1 焊接參數(shù)

對(duì)組裝、焊接的要求主要包括以下幾點(diǎn)。

1）保證組裝間隙為0～2mm。

2）保證組裝尺寸達(dá)到（1900±4）mm。

3）定位焊焊縫厚度為3～5mm。

4）定位焊焊接長度為12～20mm。

5）蓋面焊縫寬度為14～16mm。

6）單邊V形坡口分3次焊接完成，每次焊接高度為3～4mm。

7）封底焊時(shí)，先進(jìn)行焊道清根，再完成封底焊。

8）焊后，上蓋板接長后的全長直線度要求≤2mm。

9）與上心盤接觸面平面度≤0.5mm，與中梁接觸面封底焊縫凹陷不超過0.5m m，允許局部＞0.5mm但≤1mm，且總長度不超過焊縫長度的1/3，不允許存在焊接缺陷[2]。

3 現(xiàn)狀分析

3.1 制作流程

受枕下中結(jié)構(gòu)形式的限制，最合理的組裝方式為反位組裝，其組裝焊接流程為：反位組裝→翻轉(zhuǎn)→打底焊接→填充焊→蓋面焊接→翻轉(zhuǎn)→焊道清根→封底焊接→翻轉(zhuǎn)→磨平蓋面焊縫→調(diào)平，焊接順序如圖3所示。

圖3 焊接順序

3.2 主要問題

（1）反變形失效 根據(jù)長期摸索驗(yàn)證，由于最長補(bǔ)強(qiáng)板與枕梁下蓋板（中）組裝平面相差10mm，所以在產(chǎn)品組裝時(shí)預(yù)制了0.8°的反變形。但在翻轉(zhuǎn)過程中，受重力以及定位焊強(qiáng)度影響，預(yù)制的反變形在吊裝、搬抬等外力作用下易發(fā)生變形，有約10%的產(chǎn)品達(dá)不到預(yù)期的結(jié)果，需要在焊前逐件進(jìn)行檢測，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

（2）翻轉(zhuǎn)次數(shù)多，勞動(dòng)強(qiáng)度大 在產(chǎn)品制作中，除了反變形失效返工，還需要三次產(chǎn)品翻轉(zhuǎn)，每次翻轉(zhuǎn)均需4人共同作業(yè)才能完成，浪費(fèi)了大量的人力，且勞動(dòng)強(qiáng)度大[3]。

（3）焊接參數(shù)不具體，焊接變形管控難 帶鈍邊單邊V形焊縫，工藝要求分4次焊接完成（打底焊、填充焊、蓋面焊、封底焊），并且焊接參數(shù)只提供了參考范圍。針對(duì)這一問題，即使在預(yù)制的反變形效果非常理想的狀態(tài)下，操作者受組裝間隙、焊接參數(shù)、焊接速度、焊接手法的影響，在完成4次焊接后，其焊接變形量能滿足工藝要求（全長直線度≤2mm）的產(chǎn)品也僅占60%，焊后一次合格率低。

（4）焊縫端部裂損 在焊后調(diào)平過程中，通過壓制焊縫使其產(chǎn)生塑性變形來保證產(chǎn)品全長直線度，而有1%的產(chǎn)品因調(diào)平造成了焊縫裂損，故在調(diào)平時(shí)需要逐條確認(rèn)，過程管控復(fù)雜[4]。在組焊枕下中后，存在極個(gè)別焊縫端部裂損的現(xiàn)象，如不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并消除，則存在極大的行車安全隱患。

4 工藝優(yōu)化方案驗(yàn)證與固化

4.1 工藝優(yōu)化方案

結(jié)合原有的焊接順序以及作業(yè)流程，除組裝、焊接為不可避免的工序外，還存在3次翻轉(zhuǎn)，2次因翻轉(zhuǎn)和焊接變形而造成的檢測、返修，以及額外的調(diào)平、檢查裂紋的工作。針對(duì)以上問題，主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行了工藝優(yōu)化。

（1）增加剛性固定，調(diào)整焊接順序，減少翻轉(zhuǎn)次數(shù) 第一，改變?cè)械暮附臃椒?，在組裝胎位實(shí)施封底焊，針對(duì)預(yù)制的反變形，在封底焊前采取剛性固定，以減少焊接變形回彈量[5]，如圖4所示。

圖4 反變形與剛性固定示意

圖5 優(yōu)化后的焊縫順序

第二，在封底焊后經(jīng)過一次翻轉(zhuǎn)，再實(shí)施填充焊、蓋面焊（見圖5），既杜絕了翻轉(zhuǎn)過程中受重力、磕碰造成的變形，又減少了兩次產(chǎn)品制作過程中的工件翻轉(zhuǎn)工作，解決了焊前不合格品和翻轉(zhuǎn)強(qiáng)度大的問題。

（2）明確參數(shù)，確保焊接變形一致 經(jīng)過多次試驗(yàn)，明確了組裝反變形量、間隙以及各道焊縫的焊接參數(shù)，保證了4道焊縫焊接變形一致且焊后變形量控制在±0.1°（全長直線度≤2mm）。不但省去了焊接變形造成的調(diào)平作業(yè)，而且避免了調(diào)平所致焊縫裂損的現(xiàn)象發(fā)生[6]。

（3）增加角部焊接過渡，杜絕焊縫受力裂損 針對(duì)組焊后枕下中角部焊縫裂損的現(xiàn)象，經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，在整車組焊和運(yùn)行中該部位受力較大，尤其是臨近折邊處的受力更大，易產(chǎn)生焊縫裂損。因此，在枕下中焊接時(shí)增加了角部焊接圓弧過渡（見圖6），很好地起到了預(yù)防焊縫角部因受力而產(chǎn)生裂紋的現(xiàn)象。

圖6 角部焊接過渡示意

4.2 方案固化

根據(jù)工藝優(yōu)化方案，對(duì)每項(xiàng)方案均進(jìn)行了大量的跟蹤統(tǒng)計(jì)，最終制定了合理的組裝、焊接參數(shù)，保證了產(chǎn)品一次校驗(yàn)合格率，具體的工藝優(yōu)化實(shí)施細(xì)節(jié)如下。

（1）組裝參數(shù) 使用厚度為1.5mm的板條進(jìn)行組裝確認(rèn)，確保組裝間隙為1.8m m。在枕下中端部使用厚度分別為6mm、4mm的鋼板對(duì)補(bǔ)強(qiáng)板（1）、補(bǔ)強(qiáng)板（2）小端進(jìn)行反變形支撐，確保反變形達(dá)到1.5°。通過以上措施保證了枕下中組裝間隙、反變形預(yù)制的一致性，為焊接變形管控打下了基礎(chǔ)。

（2）焊接參數(shù) 第一，明確了各道焊縫焊接電流、電弧電壓、焊接速度、焊絲干伸長及氣體流量等焊接參數(shù)（見表2）。

表2 焊接參數(shù)

第二，封底焊時(shí)采用左向焊，起弧時(shí)需注意保證焊接熱量，以確保全部熔透，收弧時(shí)注意弧坑填滿，焊出端頭。在焊接過程中，采用小月牙形擺動(dòng)，保證焊縫熔合良好，焊縫厚度≤4mm。

第三，清根時(shí)，保證將焊縫根部兩側(cè)清理干凈，并將焊縫夾角打磨出弧狀（見圖7）。手工磨平時(shí)注意角磨機(jī)的方向，防止切傷母材或修磨后焊縫低于母材[7]。

圖7 清根示意

第四，填充焊時(shí)焊接手法為鋸齒形擺動(dòng)，在焊縫兩邊稍停，注意根部兩側(cè)完全熔合，不能有夾渣、未熔合等缺陷，并且預(yù)留2～3mm的焊接量，為蓋面焊做準(zhǔn)備。蓋面焊時(shí)，注意起弧、收弧在端頭外邊，保證兩個(gè)邊緣熔合良好，不能低于母材。最后將尖角處補(bǔ)焊修磨，保證圓滑過渡。

5 結(jié)束語

經(jīng)過多種車型百余件枕下中的跟蹤驗(yàn)證，采用優(yōu)化方案制作的產(chǎn)品一次交檢合格率達(dá)到了99.5%以上。另外，確定了最終的產(chǎn)品制作流程為：反位組裝→封底焊→清根→翻轉(zhuǎn)→填充焊→蓋面焊。與原制造方案相比，優(yōu)化方案將枕下中的11個(gè)制造工序減少至6個(gè)，單班生產(chǎn)能力由原來的4人10輛份提升至2人10輛份，生產(chǎn)效率提升了2倍。而且，通過本次制造工藝優(yōu)化，打破了傳統(tǒng)思維，為今后帶鈍邊單邊V形焊縫的焊接工藝制定提供了有益參考。