永磁直驅轉向架側梁焊接變形管控分析

朱玉河 王濤 隋旭日

摘 要：當前，軌道交通領域開始廣泛應用永磁直驅技術，轉向架是其重要環節。相比于傳統轉向架，永磁轉向架選擇永磁直驅同步電動機，能夠對車輪或是車軸直接進行驅動，具有體積小、噪音小、重量輕以及效率高等特點。然而在試制時存在焊接變形問題，組裝構架的工序是其主要問題，側梁兩端的中心距尺寸無法滿足工藝標準。對此，本文對相關問題進行簡單分析，之后針對側梁組焊、機械手焊接等工序提出優化建議。

關鍵詞：永磁直驅;轉向架;側梁焊接;變形管控

前言：

永磁直驅轉向架，需要滿足80km/h標準。主要由動車構架M0、拖車構架T1與T2構成，T2為柔性結構，與傳統構架相比，剛度不足，借助板長、板厚與鋼板夾角的調節，獲得扭轉剛度，促使扭曲線路運行安全。相比于傳統構架，永磁構架將吊桿座去掉，促使構架結構尺寸變小，重量降低。因為側梁焊接之后會出現變形問題，需要進行返工，使得工作人員工作量增加，并增加生產成本。

1 問題概況

永磁轉向架通常專用柔性架構理念，以保證對不平順路線進行充分適應，促使車輛工作安全性得到充分提升[1]。柔性架構主要選擇H型焊接，有橫梁與側梁構成。一般涵蓋新型牽引拉桿復合座、1個橫梁與2個側梁構成。見下圖。

開展轉向架試制工作時，因為需要機加工側梁定位座，因此，需要對尺寸進行準確控制，若是該環節尺寸不滿足要求，那么應該返修處理，情況嚴重則會直接報廢。因此，組裝構架師，應該對尺寸問題加以重視：比如，X方向尺寸應該滿足2264±2mm要求，Y方向應該滿足1964±1mm要求，Z方向需要滿足300±1mm要求。所以試制時出現以下問題。

①組裝時，Y向尺寸超出標準要求，在查找原因過程中，發現側梁腹板焊縫焊接熱量較大并且焊縫受熱缺少均勻性，形成焊接應力，導致側梁變形。②側梁所有焊縫控制均較為關鍵，任何尺寸不滿足要求，均難以確保Z向X向尺寸。

2 側梁尺寸控制

2.1側梁組焊

側梁具體工藝見下圖。

主要通過以下方法進行控制，①科學選擇工藝參數。②科學設置焊接順序。③剛性固定。組裝內腔時，通過定位座保證尺寸，焊接時通過工藝支撐促使側梁橫向變形得到有效控制，合理選擇工藝參數保證電流始終處于290A左右，電壓處于29V左右，焊接速度在4.5mm/s，借助q=ηIU/v公式，保證線能量為1633.7J/mm。合理確定焊接順序，首先進行筋板焊接，之后進行內腔長焊縫焊接，焊接筋板時，首先進行兩端筋板焊接，之后進行中間筋板焊接;焊接長焊縫時，安排兩名焊接工人從中間同時向兩邊進行焊接。雖然出現縱向變形，然而滿足工藝要求[2]。

2.2機械手焊接

主要通過對工藝參數加以優化以及剛性固定手段進行尺寸控制。比如，通過壓塊與工裝對機械手進行固定，焊接過程中對層間溫度與焊縫熱輸入加以控制，設置4層焊縫，保證焊接電流在250A左右，電壓在27V左右，有效管控側梁變形問題。

2.3側梁外體

該環節選擇先對兩端進行焊接，之后對中間進行焊接的手段，順序如下：①U型打底焊對稱焊接，數量4道;②進行封板對稱焊接，數量2塊;③機械手的剩余焊縫打底焊，數量1道;④U型填充以及蓋面焊，數量4道;⑤剩余焊縫蓋面焊，數量4道;⑥起吊環焊接，數量2個;⑦外側定位座焊接，數量2個;⑧垂向擋焊接，數量2個;⑨內側定位座焊接，數量2個。借助該順序，促使縱向變形量始終保持在2mm范圍內。

2.4側梁調修

調修環節主要采取中性焰，促使經導柱定位座距離選擇線形加熱方式，保證寬度低于30mm，溫度始終低于800℃，側梁調修過程中同樣會形成縱向變形，完成調修工作后，尺寸需要保持在2264±2mm范圍內，側梁調修最終結果為1162mm，因此，滿足工藝要求。

2.5構架組裝

通過對側梁工藝進行分析，以及個人工作經驗，向相關部門建議，應該優化該工藝流程，應該設置二次調修環節，同時在最后流程展開，通過分析，確定梁端甩頭問題，主要是由于小件焊接造成的，該部件有2個T型槽、2個槽座、2個郵箱安裝座、2塊小筋板、2個接地線座、2個提吊銷等部件。

所以小件焊縫一般在外腹板上較為集中，因此，焊縫會形成朝內腹板方向的彎曲變形，進行熱脹冷縮處理之后，側梁端頭形成甩頭問題。筆者首先進行內腹板焊接，之后進行外腹板焊接，就是提前設置反變形，以下為焊接順序：①制動套管展開打底焊處理;②進行填充焊處理;③接地線座的對稱焊接處理;④對稱焊接小筋板;⑤提吊銷對稱焊接;⑥安裝座;⑦T型槽與槽座對稱焊接;⑧蓋面焊外腹板的之洞套管[3]。

借助相關實驗發現，進行二次調修過程中，采用上述焊接順序，甩頭變形問題被充分管控在3mm以內，借助優化工藝流程與焊接順序，使得側梁調修返工問題得到進一步解決。

3 改進效果分析

借助科學確定焊接順序、合理調整工藝參數以及優化工藝流程等手段，并結合剛性固定與反變形方法，促使產品質量得到進一步控制，保證其開展組裝構架過程中，兩端梁的中心距為處于1964±0.5mm范圍內容，與工藝標準相符。見下表。

結語：

綜上所述，通過持續分析，并借助實驗對新方法進行檢驗，合理確定工藝流程和焊接順序，促使尺寸充分滿足工藝要求，減少返工問題，進而降低生產成本，同時緩解工人工作壓力與負擔，可以在寬松氛圍中開展各項工作，減少工作強度，充分提高生產效率。由于篇幅與時間原因，本文論述并不全面，希望各位老師能夠予以補充。

參考文獻：

[1]孫海東， 施青松， 王日藝，等. 永磁直驅轉向架柔性構架強度計算與分析[J]. 機車電傳動， 2014（2）：31-34.

[2]盧之強， 蘇杭. 永磁直驅轉向架側梁焊接變形控制[J]. 現代焊接， 2016（7期）：56-58.

[3]王慶偉. 永磁直驅風力發電機轉子機座焊接變形控制[J]. 金屬加工：熱加工， 2017， （14）：57-60.