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永磁直驅轉向架側梁焊接變形控制

發布時間:2016-10-17來源:伊川縣源浩焊材有限公司點擊:1551字號:

  永磁直驅轉向架是中國南車浦鎮車輛有限公司先采用模塊化設計式項目,在試制過程中,遇到了很多關于焊接變形控制的問題,其中***突出問題是在構架組裝工序,總是出現側梁兩端中心距的尺寸超差,無法滿足工藝要求(1964±1mm);本文主要通過優化焊接順序及工藝流程等方法來保證產品質量,使其滿足工藝要求。
  引言
  永磁直驅轉向架采用模塊化設計,滿足80km/h B型地鐵運用要求。構架有動車構架(M0),拖車構架(T1)、拖車構架(T2)三種結構,其中拖車構架(T2)采用柔性結構,剛度較傳統構架大幅下降,通過調節鋼板夾角、板厚、板長得到較低扭轉剛度,提高扭曲線路安全。永磁直驅構架與傳統B型車構架相比,省去了齒輪箱吊桿座,并且構架更輕、結構尺寸小、局部操作空間緊湊。由于側梁焊后產生焊接變形,導致在構架組裝時,無法滿足工藝要求,需要返工處理,這樣不僅增加員工的勞動強度,還浪費成本,降低工作效率。本文通過分析側梁產生變形的原因,找到控制其變形的方法。
  1問題描述
  永磁直驅轉向架由2根側梁和1個橫梁及新型的牽引拉桿復合座等部件組成。如圖1所示。
  圖1拖車構架(T2)
  在永磁直驅轉向架試制過程中,由于側梁內外側定位座需要進行機加工,所以尺寸控制方面需要十分精確,若在機加工時發現尺寸問題,則需要進行返修,嚴重的甚***要報廢。所以構架組裝時,必須要保證構架定位尺寸:如X(即側梁長度)方向必須控制在2264±2mm,Y(即兩側梁中心距)方向必須控制在1964±1mm,Z(即側梁外側定位座高度)方向必須控制在300±1mm。
  因此在試制過程中遇到了兩個難點:
 ?、賯攘好康拦ば虻暮附幼冃慰刂贫己苤匾?,任何一道工序尺寸超差,都無法保證X向(2264±2mm)和Z向(300±1mm)尺寸;
 ?、跇嫾芙M裝時Y向(兩側梁中心距)尺寸均偏大,端頭甚***到1974mm,后來通過多方面查找原因,發現由于側梁內、外腹板焊縫受熱不均勻及焊接熱輸入量過大產生焊接應力,引起了側梁局部變形。
  2側梁的工藝流程及工序的尺寸控制
  側梁工藝流程如圖2所示。
  圖2側梁工藝流程圖
  2.1側梁組焊
  2.1.1側梁組焊工序分析原因
  側梁內腔由1塊中部下蓋板和2塊端部下蓋板、2個內側定位座、2個外側定位座、1副側梁內外腹板、2個垂向檔、4塊筋板、2塊側梁封板及1塊側梁上蓋板組合而成。由于此梁窄而長,散熱較慢,熱輸入高使兩條內腔長焊縫易產生縱向變形,筋板T型接頭易產生橫向變形,焊后尺寸22700 -2mm,所以要滿足側梁組裝工藝尺寸2272±2mm,必須要進行焊接變形控制。
  2.1.2側梁組焊工序尺寸控制
  所選用的變形控制方法:①剛性固定法;②選用合理的工藝參數;③選用合理的焊接順序。在內腔組裝時用內、外側定位座Ф105mm孔定位;焊接時,使用工藝支撐來控制側梁的橫向變形;選用合理工藝參數將電流控制在270~310A、電壓控制在27~31V、焊接速度控制在4~5mm/s,通過焊接線能量公式q=?IU/v將線能量控制在q=0.85×310×31/5=1633.7J/mm;選用合理的焊接順序:先焊筋板再焊內腔長焊縫,筋板焊接時采取先焊兩端筋板,再焊中間筋板,內腔長焊縫焊接時兩人同時從中間向兩邊施焊,此工序完成后跟蹤發現,此梁雖然發生了縱向變形,但是在工藝要求范圍內。工藝要求側梁組裝完尺寸是2272±2mm,而實際上尺寸驗證是22710 -1mm。
  圖3側梁組裝時以Ф105mm孔定位
  2.2側梁機械手焊接
  2.2.1機械手焊接工序分析原因
  機械手工序主要焊接內外腹板與上、下蓋板的單“V”型坡口焊縫,由于側梁腹板板厚為14mm,坡口角度為50°,焊接時熔敷金屬截面積大,工藝要求焊接3層就將角焊縫填滿,熱輸入較高,所以此梁在焊后四條對稱長焊縫易發生縱向變形,導致側梁比前道工序理論值縮短了2mm左右。
  2.2.2機械手焊接工序尺寸控制
  該工序尺寸控制使用剛性固定法和優化工藝參數方法。如在機械手焊接時使用工裝及壓塊將其固定;焊接中控制焊縫的熱輸入及層間溫度:由3層焊縫改為4層,將焊接電流、電壓270~295A、27~28V調整為240~260A、26~28V,經過驗證后側梁變形得到有效控制,實際側梁長度尺寸為22700 -2mm。
  2.3側梁外體手工焊接
  2.3.1側梁外體手工焊接工序分析原因
  外體手工焊側梁內外腹板兩邊焊縫對稱,主要焊接4道U型焊縫、4個內外側定位座、2個垂向擋、2塊封板、4道機械手彎角處未能施焊的剩余焊縫和2個起吊環,由于此工序側梁上蓋板與側梁下蓋板焊縫分布不均勻,造成焊接后外側定位座高度尺寸比理論值300±1mm低5mm左右,需要熱調修,等高度方向調修好后,側梁卻變短了,尺寸在2262mm左右。
  2.3.2側梁外體手工焊接工序尺寸控制
  焊接時采取了先兩端再中間的對稱焊接方法,順序為對稱焊接4道U型打底焊→對稱焊接2塊封板→4道機械手剩余焊縫對稱打底焊→4道U型填充、蓋面焊→4道機械手剩余焊縫填充、蓋面焊→焊接2個起吊環→焊2個外側定位座→焊2個垂向擋→焊2個內側定位座。通過以上的焊接順序,將此梁的縱向變形量控制在2mm,實際側梁長度為22680 -2mm,高度尺寸控制在3mm以內。
  2.4.側梁調修
  2.4.1側梁調修工序分析原因
  側梁調修時,由于內外側定位座有Z向高度要求及上下蓋板的平面度要求,工藝要求外側定位座高度尺寸為300±1mm,上下蓋板平面度≤1mm,而實際平衡時卻發現側梁外側定位座高度尺寸為297~298mm,上下蓋板平面度高低差為2mm左右,所以需要用火焰對側梁局部進行加熱,產生塑性變形來對側梁尺寸進行調修。
  2.4.2側梁調修工序尺寸控制
  調修時使用中性焰,在內外導柱定位座之間的距離采用線形加熱,寬度控制在30mm以內,溫度控制在<800℃(即加熱部位成櫻紅色即可),側梁在調修時也會產生縱向變形,工藝要求側梁調修完成后尺寸應控制在2264±2mm,然而***終側梁尺寸調修合格后,實際尺寸為22660 -4mm,將尺寸控制在工藝范圍內。
  2.5構架組裝
  2.5.1構架組裝工序分析原因
  構架組裝時出現側梁端頭甩頭現象且變形量無法控制,需要進行返工重新調修,這樣不僅增加員工的勞動強度,還浪費成本,降低工作效率。
  2.5.2構架組裝尺寸控制
  本人仔細分析側梁工藝流程,憑借著10多年來在公司參與多個項目的生產經驗,果斷建議有關部門必須對側梁工藝流程進行優化,需要增加二次調修步驟,并且需在側梁工藝流程的***后一步進行,經過分析,發現側梁端頭甩頭不可控現象是在側梁小件焊接工序產生的,側梁小件焊接的部件有制動套管1-3各一對、提吊銷2個、接地線座2個、高度閥桿座1個、側梁小筋板2塊、手制動安裝座1個、制動管安裝座1個、油箱安裝座2個、T型槽座2個和T型槽(L60)2個。如圖4。
  圖4 側梁小件部件圖
  由此可見側梁小件的焊縫主要集中在側梁外腹板上,所以焊縫產生向內腹板方向彎曲變形,熱脹冷縮后側梁端頭出現大幅度向外腹板側甩頭現象,于是本人通過先焊內腹板再焊外腹板的方法,相當于提前做了個反變形,焊接順序如下:先焊內腹板側的3對制動套管打底焊→外腹板制動套管打底焊→內腹板側的3副制動套管填充、蓋面焊→外腹板制動套管填充焊→對稱焊接兩端的接地線座→小筋板對稱焊接→對稱焊接兩端提吊銷→制動管安裝座→對稱焊接油箱安裝座→對稱焊T型槽座和T型槽→外腹板制動套管蓋面焊。通過試驗發現在側梁二次調修時,采用以上的焊接順序側梁端頭甩頭變形控制在3mm左右,通過對焊接順序及工藝流程優化,基本解決了構架組裝出現側梁調修需返工的問題。
  3改進前與改進后取得效果對比
  通過采用和實施優化側梁工藝流程、調整焊接參數和選擇合理焊接順序,反變形和剛性固定等方法合理的控制產品質量,使其在構架組裝時兩側梁中心距控制在1964±0.5mm,滿足工藝要求。如附表所示。
  附表 改進前后效果對比
  4 結論
  通過合理優化側梁焊接順序及工藝流程,既使得產品達到了工藝要求節約返修成本,又減輕了員工工作強度,提高了生產效率。

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