SDA2型內燃機車轉向架構架制造工藝分析

吳剛張忠劉軍

（南車戚墅堰機車有限公司，江蘇 常州 213000）

0 前言

SDA2型內燃機車是南車戚墅堰機車有限公司與澳大利亞Pacific National公司聯合設計、推出的新一代適用于窄軌鐵路的交-直-交電傳動干線貨運內燃機車。它集成了世界一流的設計理念和先進的機車制造技術，是我國目前出口至發達國家牽引功率最大、最環保的大功率窄軌內燃機車。

轉向架是機車的安全件之一，而作為焊接部件的構架不僅是轉向架其他部件的安裝基礎，同時還要承受和傳遞機車在運行中產生的不同類型的動、靜載荷，是一個復雜交變載荷作用下的重要受力部件。[1]因此，其制造質量直接關系到整車運行的安全。

1 結構特點及制造工藝流程

1.1 結構特點

SDA2型內燃機車構架結構圖及主要尺寸如圖1所示。從圖1中可以看到，構架主要由左、右側梁（各1只）、橫梁（2只）、后端梁（1只）、制動座一（2只）、制動座二（4只）上導向梁（2只）、下導向梁（2只）組成，其中由橫梁、后端梁和左右側梁組成構架H型框架。

圖1 構架組成結構簡圖

1.2 制造工藝流程

圖2 SDA2型機車構架制造工藝流程圖

2 制造難點及解決措施

2.1 側梁工藝難點分析

側梁截面為箱型結構，從上方俯看，中間隔板設計較多，厚重而重心相對較低，剛性較大；兩端隔板較少而重心相對較高，剛性較小，焊接變形更難控制。構件的焊接變形，不僅會影響生產工藝流程的正常進行，而且會降低結構承載能力，影響結構的尺寸精度與外形。[2]為解決這一問題，設計采用整體長度方向的剛性固定裝置即側梁組焊胎以減少收縮量(如圖3所示)。在側梁下蓋板上由于存在6個較大的彈簧安裝孔，導致焊接收縮較大，通過幾次試驗，確定并預留整體長度收縮量為12mm，即約為2/1000的收縮比率。

對于側梁的整體直線的控制而言，由于其內腔隔板較多且多設計成復合焊縫，焊接熱輸入量大，變形無可避免。尤其是當焊接焊縫的第一層時,相對自由度大,剛性小,極易引起較大旁彎、撓曲變形。因此，對其焊接變形方向的考慮后，焊接順序決定為以中心隔板開始施焊，以兩名焊工同時對稱向兩側開始焊接，使焊接應力均勻分布在兩側，變形量也隨之對稱。另一方面，側梁下蓋板平面度要求為2mm，增加每段空腔內部剛性支撐，焊接收縮量預留量為2mm，即在圖紙設計尺寸279mm±1基礎上，立板與下蓋板間距定位尺寸改為282mm，焊接完成冷卻后，經測量，采取以上措施后，側梁扭曲變形在3mm以內，平面度在278-279mm的可控范圍內。

圖3 SDA2型機車構架側梁組焊轉胎

對于側梁的主焊縫焊接而言，為提高生產效率，采用焊接機器人進行焊接。由于焊材選擇藥芯焊絲，在打底焊縫時，極易出現根部未焊透情況。經過分析和多次試驗對比，發現機器人在焊接打底焊時焊接速度偏慢且電壓偏高，電弧熱量沒有完全作用在待焊接頭上，焊絲未能完全抵達坡口的根部即開始施焊，大部分電弧熱量作用在熔池上，導致熔深不夠，產生未焊透現象。采取的優化措施是同時提高焊接速度和降低電弧電壓，來以此保證焊接線能量不變，焊縫接頭質量不受影響。另一方面，對焊接槍頭控制其傾斜一定的角度，以45°±2°最為理想，具有最好的焊接可達性，既能保證焊絲盡可能抵達坡口根部開始熔化，又能保證焊接位置始終保證在PA，形成良好的焊縫外觀，順利的解決根部未焊透現象的發生。

2.2 橫梁工藝難點分析

橫梁的組焊過程是先將橫梁框架和立柱分別組焊完，再將兩根立柱組焊到橫梁框架上，完成整個橫梁的焊接。由于立柱焊接完成后，已經確定了橫梁中心線位置，在總成焊接時，為保證構架在寬度方向上的整體收縮能夠盡可能與此線重合，需將橫梁組焊后兩端進行機加工。以兩根立柱的中心線作為橫梁中心線，向兩側的長度尺寸均分，預留橫梁整體焊接收縮余量為2mm，即兩端各1mm。焊接完成后，配合適當的火焰調修工序，可完全保證橫梁整體尺寸基本符合圖紙要求。

3 構架總成

構架總成工序最難控制的是構架的四角平面度，此型號構架的設計要求是整體平面度控制在4mm以內。為解決這一難點，首先構架組裝時等高塊的基準位置與機加工車間劃線位置統一。側梁與橫梁和后端梁裝配時注意三根梁與側梁之間的間隙均勻，控制在2mm以內，用以保證后續焊接收縮量一致。定位焊好后，在側梁兩端用“工“字型夾具將側梁壓緊在組裝平臺上，再開始焊接各梁與側梁的對接坡口焊縫，立板間的角焊縫，防止側梁受熱后兩端翹起；其次，各配件組裝完畢后，將構架整體壓緊在焊接翻轉胎上進行焊接，按照先焊橫梁、后端梁與測梁連接的短焊縫，再焊接長焊縫，最后焊正反面配件，以抵消正反面的焊接變形。

4 結束語

采用以上工藝生產的SDA2型轉向架構架，其尺寸和性能滿足設計要求，質量穩定。通過與國外專家共同合作的過程中，消化吸收了其先進的焊接質量控制理念和焊接工藝，提升了公司焊接技術水平。同時，該型號通過了鐵科院標準下的各項性能測試，滿足了在澳大利亞鐵路系統運行的各項要求。

［1］王挺,楊闖,郭淑琴．HXD3型電力機車轉向架構架焊接工藝研究[J]．機車車輛工藝,2011.

［2］史耀武.焊接手冊[M].3版．北京：機械工業出版社,2007.