成都地铁2 号线横梁整体组焊工艺验证

陈江华 张世欣 李文 赵克俭

（南车青岛四方机车车辆股份有限公司，山东 青岛 266109）

1 前言

转向架是车辆的走行部分，也是影响车辆行车安全的关键部位。而构架是转向架的骨架，承受着水平和垂向的作用力，横梁是构架的重要部分，横梁组成的制造质量是保证转向架安全运行的一个重要方面，因此完善、合理的横梁工艺是稳定并提高制造质量的关键。本文就横梁焊接变形控制数据统计结果，结合在生产制造中的实际，对成都地铁2 号线横梁整体组焊工艺验证作简单的阐述。

2 横梁结构特点

成都地铁2 号线横梁（动）由一位横梁组成、二位横梁组成、纵向辅助梁组成，与200 公里横梁组成类似，其区别主要在于纵向辅助梁采用钢管结构与横梁钢管连接，而200公里横梁纵向辅助梁采用箱体结构，前者焊接量相对较大，焊接变形量较大，横梁各部件尺寸控制难度增加。

图1 横梁组成（动)

3 工艺现状及分析

3.1 工艺流程

按照现工艺流程，一位横梁组成及二位横梁组成单独进行组焊、焊接，纵向辅助梁在构架工序进行组焊、焊接。现组焊工艺方式操作简单，一位、二位横梁组成尺寸易控制，但未考虑纵向梁焊缝焊接后工件收缩导致尺寸超差问题，面对严峻的质量形势，改进现组焊工艺方式已刻不容缓。

3.2 存在问题

3.2.1 热输入量大导致工件严重收缩 纵向辅助梁组成与横梁连接采用钢管相贯形式结构，焊缝结构相对角焊缝较复杂，按照设计图纸要求，焊角大小一般控制在30mm 以上才能保证焊缝打磨过渡弧度要求，焊接量较大。由于现有工艺装备条件不允许出现复杂焊接顺序，因此在实际生产过程中为提高生产效率，纵向辅助梁与横梁连接焊缝一般集中在较短时间内完成焊接，热输入量较大，焊缝金属在冷却过程中出现较大收缩现象。一、二位横梁组成间距最大为452.5mm，侧梁孔间距尺寸为452±0.5mm，在侧梁孔间距尺寸不发生变化的前提下，一、二位横梁组成间距工艺放量无法增加，纵向梁焊缝焊接完成后横梁各组成件尺寸难以保证；

3.2.2 焊接角度差 构架纵向辅助梁焊缝在一轴焊接转胎上进行焊接，焊接角度无法调整，焊接角度不佳，焊缝成型较差；打磨过渡层焊缝如采用立向上焊接方式焊接，焊缝呈凸起状，不易打磨，且打磨过渡层在消除熔合线时易出现伤母材现象，因此在实际生产过程中打磨过渡焊缝一般采取立向下焊接方式进行操作。焊缝缺陷主要为未熔合、夹杂等缺陷，探伤返修缺陷数量居高不下；

3.2.3 作业空间狭小 按照正常焊接、打磨要求，作业空间应大于500X500mm2，齿轮箱吊及牵引座与侧梁间空间仅为228X600mm2，作业空间狭小，焊接人员难以通过调整站位调整焊接角度，同时在狭小的空间条件进行打磨作业存在严重安全隐患；

3.3 数据统计及焊接变形分析

为摸索横梁纵向辅助梁焊缝焊接变形规律，我们对10组构架焊接后横梁尺寸进行跟踪统计（数据统计见表一），发现10 组成横梁电机吊座、牵引座X 向尺寸均出现不同程度偏小。纵向辅助梁焊缝冷却至室温后，横向收缩量为4～6mm，显然在一、二位横梁间距工艺放量不发生改变的前提下，仅通过对侧梁孔间距尺寸工艺放量进行微调无法保证横梁各部件尺寸。

图2 电机吊座、牵引座X 向尺寸

表一 电机吊座、牵引座X 向尺寸统计记录表

4 整体组焊工艺验证

4.1 组焊工艺改进 按照原制造工艺已无法满足设计要求及日益提高的产品质量要求，结合我们在生产制造中的经验，我们可通过改变组焊工艺可达到控制横梁尺寸目的，由现单根组焊、焊接更改为整体组焊、焊接方式，即一位横梁组成、二位横梁组成、纵向辅助梁进行整体组焊后再进行焊接。通过增加一、二位横梁间距工艺放量尺寸抵消焊接变形收缩，达到尺寸控制目的。

4.2 合理制定工艺放量 根据表一数据统计结果显示，纵向辅助梁焊接完成后单侧横向收缩约4-6mm，同时一位、二位横梁组成各部件焊接完成后收缩约2mm，根据制造过程中焊接变形收缩经验数据，初步可确定一、二位横梁组成各部件尺寸工艺放量可按照+4～+5mm 控制。通过对焊后变形数据统计，不断优化工艺放量，最终确定单侧各部件尺寸工艺放量为+3～+4mm。

4.4 作业条件改善 采用横梁一轴焊接打磨转胎，在焊接过程中可根据实际情况调整焊接角度，消除立向下焊接方式，同时由于无侧梁限制，焊接、打磨作业空间均能满足实际要求，作业条件得到较大改善，探伤返修缺陷数量亦得到有效控制。

4.3 焊接参数优化 在保证焊缝内部熔合的前提下，为减少焊缝热输入量，应适当控制焊接参数，纵向辅助梁焊缝共4 层11 道。

图3 焊道布置及焊接参数控制

4.4 规范焊接顺序 焊接变形程度在一定程度上受焊接顺序影响，合理的焊接顺序可减小焊接变形量。从焊接变形控制及生产效率等方面考虑，结合已收集的工件焊后尺寸统计数据，对横梁各焊缝焊接顺序总结出以下几点要求：

先焊短焊缝，后焊长焊缝，例如，齿轮箱吊及牵引座焊缝长度相对电机吊座焊缝长度尺寸较短，在焊接时应先焊齿轮箱吊及牵引座焊缝；

先正面焊缝再焊反面焊缝，先焊正面焊缝再焊背面焊缝；

先焊轴向焊缝，再焊环焊缝。

4.5 焊接变形矫正 为了保证横梁各部件尺寸，需对横梁进行调修，目前我厂主要采取火焰加热及机械外力相结合方式以达到调修目的。火焰加热一般采取线状加热方式，加热温度一般控制在750-900℃范围内。工件受热后辅以外力可达到矫正变形目的，火焰加热部位根据实际变形情况予以确定。

图4 轴向焊缝及环焊缝焊接顺序

4.6 工艺实施及验证 按照横梁整体组焊工艺方案实施后，我们对横梁各部件尺寸进行跟踪统计，其尺寸均未出现超差现象，同时本次工艺验证也将为类似结构制造工艺改进提供数据支持。

5 结束语

以成都地铁2 号线横梁整体组焊工艺为契机，将其成功经验推广至其他SDB-80 系列地铁车型。通过改变传统组焊工艺方式，提升工作效率及产品质量，也为解决制造过程中其他问题提供突破方向。

［1］中国机械工程学会焊接学会编，《焊接手册》第3卷《焊接结构》，机械工业出版社，2001 年8 月.