機車車架鋼結構放量工藝分析

王會清 邱友勝 梁浩

摘 ?要：車架鋼結構是組成機車鋼結構的重要部件，車架制造過程中，影響車架長度的主要因素是焊接收縮。因此，為保證車架長度這個關鍵尺寸，必須在下料工藝中進行工藝放量。文章通過對焊接收縮進行分析，并結合工藝實驗，探索車架放量工藝。

關鍵詞：焊接;放量;收縮

中圖分類號：TG404 文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2020）02-0093-03

Abstract： The frame steel structure is an important component that constitutes the steel structure of the locomotive body. During the manufacturing process of the frame， the main factor affecting the length of the frame is the welding shrinkage. Therefore， in order to ensure the critical size of the frame length， the process volume must be performed in the blanking process. This paper analyzes the welding shrinkage and combines the process experiments to explore the frame loading process.

Keywords： welding; volume; shrinkage

1 概述

車架是機車鋼結構的重要組成部分，其結構如圖1所示，主要由左右兩邊梁和中間橫梁組成，車架總長度19030mm。它既是各種設備如柴油機等的安裝基礎，又要承受由各種設備重量產生的垂直載荷，傳遞轉向架牽引、制動等傳來的橫向力。因此，在機車鋼結構的制造中，保證車架的尺寸準確度十分重要。

2 車架放量工藝分析

2.1 焊接變形分析

2.1.1 焊接縱向收縮變形

縱向收縮變形即沿焊縫軸線方向尺寸的收縮，設焊前長度為L，焊后長度為L-△x，則△x為焊后縱向收縮量，△x大小取決于焊縫長度、焊件的截面積、材料的彈性模量、壓縮塑性變形區的面積及壓縮塑性變形率等。其中縱向收縮量與焊縫的截面積成反比，與長度成正比關系。對結構無密封性要求或結構強度滿足要求的情況下，可將連續焊縫改為間斷焊縫，對減小焊縫的縱向收縮能起到一定的作用[2]（圖2）。

2.1.2 焊接橫向收縮變形

橫向收縮變形是指沿垂直于焊縫軸線方向尺寸的縮短。設焊前寬度為B，焊后寬度為B-△y，則△y為焊后橫向收縮量。△y與熱輸入、裝配間隙、熱導率及熱膨脹系數成正比，與焊件的剛性成反比關系。當焊接時采用的線能量較大時，焊接區受熱面積增大，產生的橫向收縮量也較大[3]，當工件坡口間隙增大時，焊縫填充金屬量增加，橫向收縮量也隨之增加（圖3）。

2.1.3 收縮變形的經驗計算

在焊接生產中，為了能估算焊接收縮量的大小，避免復雜的計算，單層對接焊縫的焊接收縮量，采用以下的經驗公式[1]。

縱向收縮量：

△x=k1AHL/A

k1系數，低碳鋼焊接中，手工電弧焊為0.5，CO2氣體保護焊為0.43;AH焊縫的橫截面積;L焊縫長度;A焊件的橫截面積。

橫向收縮量：

△y=0.18AH/δ

δ板厚;AH焊縫的橫截面積。

2.2 減少焊縫收縮措施

焊接收縮的影響因素主要包括設計和工藝兩個方面。

在設計方面，材料的成分、厚度、焊接結構形式是根據焊件的使用和強度要求、材料的供應情況等不可改變的因素決定，不可修改。因此，在焊縫形狀、尺寸和數量上考慮。首先是選擇合理的焊縫形狀和尺寸，在保證結構有足夠承載能力的前提下，選擇最小的焊縫尺寸和合理的坡口形式，如用U型坡口替代V型坡口;其次是減少焊縫的數量，多采用型材、沖壓件;最后是合理布置焊縫，焊縫離結構截面的中性軸越遠，變形量越大，要把焊縫設計在結構截面的中性軸或者靠近中性軸[4]。

在生產工藝方面，主要措施包括：（1）放量法，下料時在設計尺寸基礎上適當加大長度或寬度尺寸，放量多少，通過經驗技術或放量尺寸的數據化獲得;（2）反變形法，根據焊件的變形規律，在工件焊接前預先將其向與產生焊接變形方向相反的方向，進行一個人為的變形;（3）剛性固定

法，增加工件的剛性，把工件固定在剛性平臺上或由幾個工件組成剛性更大或者對稱的結構，提高對焊縫邊緣的拘束，利用夾具或臨時支撐，將工件固定住，特別是焊縫邊緣產生變形最大的位置;（4）采用合理的裝配焊接順序，“以

小拼大、化整為零、集零為整”，盡可能采用對稱施焊;（5）采用合理的焊接方法及焊接工藝參數，利用熱效能高、能量集中和熱輸入較低的焊接方法，減少焊接變形。

2.3 車架放量工藝分析

2.3.1 車架放量不合理分析

總結以往的工藝經驗，車架放量的不合理主要體現在三個方面：一是車架放量采用“經驗法”，按照千分之二進行放量，同時在兩端長度增加20mm，放量不準確;二是在工藝方案設計中，車架一次組裝時進行“配割”，配割后坡口形式、光潔度等得不到有效的保證，焊后存在質量隱患;三是車架進行配割后，造成誤差累積，對車架總長度的影響較大。

2.3.2 車架放量分析及改進

通過“人、機、料、法、環、測”等要素進行分析，車架放量不合理總結出三個主要因素：（1）工藝放量不合理，在工藝方案設計過程中，改變車架一次配割的工藝思路;（2）工藝放量未按照工序依次進行，工藝放量應按照產品的生產流程進行，單梁和車架組焊按照焊接量的大小分別放量;（3）對于工藝放量未進行數據統計，在生產過程中對工藝放量按照工序依次進行統計，分析是否合理，并修正放量數據，為后續工藝積累經驗。

在工藝方案設計階段，對工藝放量按照工序進行詳細分解，結合原生產工藝，對車架長度進行放量。改進前的放量是（Ⅰ端）20mm+總長*2‰+（Ⅱ端）20mm，表1表示了改進后的放量。

原生產工藝沒有在部件的組裝和焊接過程中分階段進行放量，放量粗狂，不準確。在車架一次大組裝的時候進行統一配割。通過對部件進行分析，對工藝放量進行改進，按照部件組裝和大組裝分階段進行放量。結合現場生產過程中配割長度，先對長度放量為部件1‰，總成0.5‰。

從部件邊梁組裝工位開始，對放量尺寸進行數據統計，具體數據參見表2車架放量工藝實驗數據統計。

通過對放量數據的統計、分析：（1）邊梁部件焊接收縮量1‰滿足要求，部件組焊完成后交出滿足工藝要求，能保證設計尺寸。（2）車架總成按照0.5‰放量，經過車架二次焊接后，總長度不能滿足工藝要求，收縮量較大，需要對車架長度放量再次進行修正。根據統計的數據，將車架放量確定為0.8‰，表3是修正后的工藝放量。

3 結束語

通過工藝試驗，并對數據進行統計分析，機車車架鋼結構長度按照1.8‰放量，焊接后滿足設計要求。本論文為車架工藝放量提供了依據，積累了工藝經驗。同時，在其它外形輪廓尺寸較大的鋼結構焊接放量中有一定指導意義。

參考文獻：

[1]魯俊.淺談焊接收縮變形[J].遼寧機電工程大學，2007（2）：11-15.

[2]吳興歡，尹志紅，胡煉鋼.焊接結構產生收縮變形的原因分析[J].中國信息化綜合期刊，2013（10）：482-485.

[3]王運炎，葉尚川.機械工程材料（第二版）[M].北京：機械工業出版社，2007：11-13.

[4]邱葭菲.焊工工藝學[M].北京：職工勞動社會保障出版社，2009：16-19.