摘要：鐵路貨車底架中梁和上心盤(pán)是最主要的承載部件之一，不但要承受垂向載荷，還要承擔(dān)縱向載荷，所以中梁和上心盤(pán)的設(shè)計(jì)以及制造質(zhì)量非常關(guān)鍵。本文針對(duì)公司研制的出口澳大利亞敞車，在介紹箱型中梁和上心盤(pán)壓裝組焊式結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)壓裝工藝難點(diǎn)和變形分析，提出了優(yōu)化、控制壓裝和組焊工藝措施，并通過(guò)批量生產(chǎn)工藝驗(yàn)證，確保上心盤(pán)與下蓋板貼合間隙小于0.5mm的技術(shù)要求，進(jìn)而確保了出口澳大利亞敞車上心盤(pán)壓裝和中梁組焊產(chǎn)品質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：敞車；上心盤(pán)；壓裝工藝

鐵路貨車在運(yùn)行過(guò)程中，各主要零、部件承受著復(fù)雜的載荷作用。敞車底架中梁和上心盤(pán)是最主要的承載部件之一，不但要承受垂向載荷，還要承擔(dān)縱向載荷，所以中梁和上心盤(pán)的設(shè)計(jì)以及制造質(zhì)量非常關(guān)鍵[1]。在設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中，為確保中梁和上心盤(pán)組成結(jié)構(gòu)受垂向載荷、縱向載荷承載能力，不發(fā)生因受力不均造成的破壞開(kāi)裂，必須確保中梁和上心盤(pán)裝配密貼，局部間隙不大于0.5mm的技術(shù)要求。國(guó)內(nèi)C70型敞車、C80型敞車均采用屈服強(qiáng)度為450MPa的熱軋乙字型鋼作為中梁和上心盤(pán)鉚接結(jié)構(gòu)，見(jiàn)圖1。我公司研制的出口澳大利亞敞車根據(jù)輕量化設(shè)計(jì)原則，為降低車輛自重，中梁采用屈服強(qiáng)度為450MPa高強(qiáng)耐候鋼組焊箱型中梁和上心盤(pán)壓裝組焊式結(jié)構(gòu)。本文在介紹箱型中梁和上心盤(pán)壓裝組焊式結(jié)構(gòu)，分析壓裝工藝難點(diǎn)和變形的基礎(chǔ)上，提出了優(yōu)化、控制壓裝和組焊工藝措施。

1 箱型中梁和上心盤(pán)壓裝結(jié)構(gòu)介紹

出口澳大利亞敞車中梁結(jié)構(gòu)，由箱型組焊中梁、心盤(pán)座和上心盤(pán)壓裝、組焊而成，見(jiàn)圖2。

中梁為上、下蓋板和腹板組焊而成的箱型中梁，心盤(pán)座為AAR M 201標(biāo)準(zhǔn)C級(jí)鑄鋼結(jié)構(gòu)，上心盤(pán)為25Mn鍛造結(jié)構(gòu)。中梁腹板、心盤(pán)座、上心盤(pán)與中梁下蓋板裝配和組焊結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3，工藝流程為先組焊箱型中梁，焊接編號(hào)為1和2的焊縫（以下簡(jiǎn)稱焊縫1、2） ，然后將心盤(pán)座壓入箱型中梁，并完成編號(hào)為3的焊縫焊接（以下簡(jiǎn)稱焊縫3）；檢測(cè)中梁下蓋板平面度小于0.5mm后再將上心盤(pán)壓入心盤(pán)座，檢測(cè)上心盤(pán)與下蓋板裝配間隙小于0.5mm后組焊上心盤(pán)與中梁下蓋板編號(hào)為4的焊縫。

2工藝難點(diǎn)分析

上心盤(pán)壓入心盤(pán)座后，能否有效控制上心盤(pán)與中梁下蓋板間隙小于0.5mm是壓裝和裝配關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)。通過(guò)上述對(duì)箱型中梁和上心盤(pán)壓裝組焊式結(jié)構(gòu)的介紹，中梁為組焊箱型中梁，焊接焊縫1、2和3時(shí)，中梁下蓋板極易發(fā)生變形。由于上心盤(pán)為機(jī)加工平面，平面度易于保證，可見(jiàn)控制下蓋板變形，確保平面度小于0.5mm是整個(gè)制造過(guò)程的難點(diǎn)。在首臺(tái)樣車試制過(guò)程中，因未能有效控制下蓋板變形，導(dǎo)致樣車試制上心盤(pán)壓裝后與下蓋板間隙大于技術(shù)要求0.5mm，局部檢測(cè)為1.0mm，見(jiàn)圖4。

3中梁下蓋板變形和壓裝工藝

3.1 下蓋板變形分析

下蓋板為14mm板厚的Q450NQR1高強(qiáng)耐候鋼，板材在等離子切割下料過(guò)程中，由于鋼板材質(zhì)受熱不均，產(chǎn)生熱應(yīng)力，導(dǎo)致板材發(fā)生輕微的波浪變形，同時(shí)，下蓋板為壓型折彎件，壓型過(guò)程中因塑形變形和殘余應(yīng)變，導(dǎo)致下蓋板再次發(fā)生變形。

3.2下蓋板組焊工藝分析

在箱型梁的焊接中，焊接變形一般是由焊縫的縱向或橫向收縮造成的，裝配質(zhì)量不好，工件位置放置不當(dāng)，焊接順序不合理，都會(huì)引起扭曲變形[2]。中梁焊接過(guò)程中由于焊縫的收縮，很容易導(dǎo)致中梁下蓋板變形，下面分別對(duì)1、2和3的焊縫焊接時(shí)，中梁下蓋板發(fā)生的變形趨勢(shì)進(jìn)行分析。

3.2.1中梁腹板與下蓋板T型坡口內(nèi)側(cè)焊縫1

焊縫1為T(mén)型坡口焊縫，因?yàn)橄湫蛢?nèi)腔要壓裝心盤(pán)座，必須打磨平整焊縫的余高，確保焊縫與腹板平齊。完成焊縫1后，由于焊縫收縮導(dǎo)致下蓋板發(fā)生局部變形，自由狀態(tài)下變形橫斷面趨勢(shì)如圖5所示，在樣車試制階段由于工裝中沒(méi)有向下的約束結(jié)構(gòu)，下蓋板的變形未能有效控制。

3.2.2中梁腹板與下蓋板T型坡口外側(cè)焊縫2

焊縫2為T(mén)型坡口加角焊縫，焊接焊縫2時(shí)，同樣由于焊縫收縮會(huì)導(dǎo)致下蓋板再次發(fā)生局部角變形，下蓋板角變形趨勢(shì)如圖5所示。

3.3 心盤(pán)座與下蓋板環(huán)型角焊縫3

心盤(pán)座與中梁下蓋板為環(huán)形角焊縫，心盤(pán)座與中梁下蓋板壓裝間隙是決定焊接后下蓋板變形的關(guān)鍵，必須密貼，否則很容易導(dǎo)致下蓋板發(fā)生變形。

可見(jiàn)，出口澳大利亞敞車上心盤(pán)壓裝工藝的關(guān)鍵是控制下蓋板在下料、箱型梁組焊過(guò)程中的變形控制，通過(guò)分析，箱型梁組焊過(guò)程中的變形因素主要為焊接焊縫1、2和3時(shí)發(fā)生的變形，必須對(duì)這些影響因素進(jìn)行工藝優(yōu)化，采取措施有效控制下蓋板變形。

4 工藝優(yōu)化及措施

4.1下蓋板下料、壓型變形控制工藝措施

針對(duì)中梁下蓋板等離子切割下料過(guò)程中和壓型過(guò)程中發(fā)生的變形，在箱型梁組焊裝配前，采用油壓機(jī)對(duì)上心盤(pán)與下蓋板貼合區(qū)域進(jìn)行調(diào)平處理，保證中梁下蓋板的平面度小于0.5mm。焊接前對(duì)下蓋板平面度進(jìn)行檢測(cè)，共檢測(cè)6個(gè)點(diǎn)，如圖6所示，檢測(cè)的數(shù)值見(jiàn)表1，最小值為B5=0.1mm，最大值為B4=0.5mm。

4.2 優(yōu)化工裝夾具和焊接順序

焊接中梁腹板與下蓋板T型坡口內(nèi)側(cè)焊縫1時(shí)，采用小規(guī)范焊接參數(shù)，多層多道焊接，盡量減少焊接熱輸入，降低變形，同時(shí)在工裝上增加下蓋板固定裝置，控制焊接變形。對(duì)中梁腹板與下蓋板T型坡口外側(cè)焊縫2先不焊接，將上心盤(pán)壓裝到箱型中梁內(nèi)腔后，在提高整個(gè)結(jié)構(gòu)剛性的條件下，再完成焊接，可有效減少下蓋板焊接變形。焊縫1焊接后對(duì)下蓋板平面度進(jìn)行檢測(cè)，共檢測(cè)6個(gè)點(diǎn)，如圖7所示，檢測(cè)的數(shù)值見(jiàn)表2，最小值為h5=0.1mm，最大值h4=0.8mm。

4.3心盤(pán)座壓裝及組焊工藝優(yōu)化

為確保心盤(pán)座壓裝與下蓋板密貼，采用油壓機(jī)壓裝心盤(pán)座，保證心盤(pán)座與中梁下蓋板密貼，局部間隙小于0.3mm。中梁下蓋板與中梁心盤(pán)座的焊縫，焊接前用塞尺檢查組裝間隙，滿足要求后再完成焊縫3的焊接，可有效控制下蓋板變形。心盤(pán)座壓裝、焊縫3焊接后對(duì)下蓋板平面度進(jìn)行檢測(cè)，共檢測(cè)6個(gè)點(diǎn)，如圖8所示，檢測(cè)的數(shù)值見(jiàn)表3，最小值H4 =0.1mm，最大值H5 =0.4mm。

4.4中梁下蓋板修磨

壓裝上心盤(pán)前，檢查中梁下蓋板的平面度，對(duì)平面度局部超差的情況，采用拋光砂輪對(duì)中梁下蓋板進(jìn)行修磨，根據(jù)澳大利亞AS 1554.1鋼結(jié)構(gòu)焊接標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范修磨量不能大于板厚的5%，即0.7mm。

5 結(jié)論

（1）對(duì)中梁下蓋板下料、壓型過(guò)程中的變形控制和調(diào)平工藝，有效控制了箱型梁組焊前下蓋板配件平面度；

（2）優(yōu)化中梁下蓋板與腹板焊接工裝夾具和先壓裝心盤(pán)座與下蓋板密貼再焊接的措施，降低了中梁下蓋板與腹板焊接造成下蓋板變形；

（3）壓裝上心盤(pán)前，對(duì)上心盤(pán)與下蓋板貼合面平面度進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)局部變形較大區(qū)域進(jìn)行修磨，確保上心盤(pán)與下蓋板貼合面間隙小于0.5mm技術(shù)要求。

通過(guò)批量生產(chǎn)，上述工藝方法相互配合，共同作用，能夠確保上心盤(pán)與下蓋板貼合間隙小于0.5mm的技術(shù)要求，進(jìn)而確保了出口澳大利亞敞車上心盤(pán)壓裝和中梁組焊產(chǎn)品質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王春山，陳雷.鐵路重載提速貨車技術(shù)[M]. 北京：中國(guó)鐵道出版社，2010.3.

[2] 中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)焊接學(xué)會(huì)編.焊接手冊(cè)第3卷焊接結(jié)構(gòu)[M] .北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.8.

作者簡(jiǎn)介：張江銀（1982-），男，高級(jí)工程師，本科。endprint