郭雪艷，李 衛(wèi)，郭學(xué)彬

(山東諾維科輕量化裝備有限公司，山東 龍口 265705)

高速列車牽引變壓器作為電力牽引系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，是列車的動力來源。其工作條件較為苛刻，要求安裝便捷、安裝面精度高以及性能良好。

高速列車牽引變壓器主吊梁(以下簡稱主吊梁)組成屬于高鐵車下部件，用于懸掛牽引變壓器設(shè)備，是動車組牽引輔助供電一體式變壓器吊掛裝置。該主吊梁是一種復(fù)雜的框架式吊掛結(jié)構(gòu)，通過橫向梁結(jié)構(gòu)與縱向梁結(jié)構(gòu)之間的焊接連接，以提高吊掛梁整體的剛度與機(jī)械強(qiáng)度。其需要承受超過4 t載荷，同時承受EN12663標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的加速度載荷和非正常工況載荷，是重要的受力部件[1]。

1 結(jié)構(gòu)組成

主吊梁包括多個交叉連接的橫梁和縱梁，橫梁之間保持相互平行，縱梁之間保持相互平行，在橫梁與縱梁之間的連接端進(jìn)行焊接。縱梁與橫梁的定義是按照安裝時與車體所呈縱向或橫向方向來劃分的。橫梁與縱梁采用焊接連接方式，再輔以補(bǔ)強(qiáng)板進(jìn)行加強(qiáng)。

兩縱梁分別設(shè)置在兩側(cè)，相互平行，縱梁的側(cè)面通過中心梁和連接梁相連接，中心梁設(shè)置在中部，連接梁設(shè)置在中心梁的兩側(cè)。中心梁和連接梁相互平行，且中心線與縱梁的中心線相互垂直。

縱梁是大壁厚的方管，兩端插入橫梁側(cè)向U型凹槽內(nèi)，通過焊接相連接。縱梁與兩側(cè)橫梁在內(nèi)側(cè)夾角處采用7系鋁板焊接，起加強(qiáng)、穩(wěn)定作用。中心梁與縱梁在高度方向上使用U型型材銑出斜面進(jìn)行焊接加固。

該主吊梁結(jié)構(gòu)具有強(qiáng)度大、剛度高、抵抗變形能力強(qiáng)和安全系數(shù)高等優(yōu)點(diǎn)，延長了其使用壽命。

2 生產(chǎn)工藝

焊接后對于外形尺寸的要求相當(dāng)嚴(yán)格，而焊接產(chǎn)品又一定會產(chǎn)生變形，為此在制作工作試件時，測量焊縫收縮量，做相關(guān)尺寸記錄，根據(jù)收縮數(shù)據(jù)和變形量綜合焊接質(zhì)量，確定單件加工尺寸及焊接組裝尺寸和形式。為了控制焊接變形，保證工件焊后尺寸，設(shè)計(jì)翻轉(zhuǎn)式焊接工裝進(jìn)行定位、裝夾。為避免熱輸入過大和集中，制定合理的焊接參數(shù)和焊接順序。

2.1 生產(chǎn)工藝流程

生產(chǎn)工藝流程圖如圖1所示。

圖1 生產(chǎn)工藝流程圖

2.2 翻轉(zhuǎn)式焊接工裝

翻轉(zhuǎn)式焊接工裝如圖2所示。采用移動式升降變位翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，將頭架和尾架推到工作位后，把一體式支承架安裝到2個升降架的圓盤上，就可以控制升降到一定高度并回轉(zhuǎn)到任意角度[2]。一體式支承架采用框架式鋼結(jié)構(gòu)，支承架上面設(shè)置工件縱梁、橫梁的側(cè)向定位塊，設(shè)計(jì)定位塊位置時將工藝放量計(jì)算在內(nèi)。為了保證產(chǎn)品最終平面度，支承架上表面用沉頭螺栓固定鋁板，然后數(shù)控銑出基準(zhǔn)面，將橫梁、縱梁放置在銑好的基準(zhǔn)面上。相應(yīng)定位塊位置設(shè)置壓緊機(jī)構(gòu)、頂緊機(jī)構(gòu)，所有與工件接觸的定位塊、夾緊塊采用鋁合金材質(zhì)，厚度≥20 mm，以避免對工件的劃傷。通過這些方案可以實(shí)現(xiàn)主吊梁的橫梁、縱梁變位焊接，減小了焊接變形，且主體結(jié)構(gòu)加工比較簡單，成本低，效率高。

圖2 翻轉(zhuǎn)式焊接工裝

2.3 制造過程

制造過程如下。

1)橫梁兩端和補(bǔ)強(qiáng)板焊接時補(bǔ)強(qiáng)板懸空，為了保證焊縫質(zhì)量，在焊縫位置下側(cè)安裝鋁合金臨時墊板，補(bǔ)強(qiáng)板和橫梁連接處留0.5～1 mm間隙。

2)將中間的1根中心梁、3根連接梁兩端按照圖樣定尺，打磨好坡口；然后將兩端點(diǎn)固永久襯墊，襯墊往外分別頂出1 mm(為了方便焊縫熔透，將永久襯墊設(shè)計(jì)為溝槽型)；最后把這些梁放置到翻轉(zhuǎn)式焊接工裝的相應(yīng)位置。

3)將2根縱梁兩端按照圖樣定尺，打磨好坡口，然后將兩端內(nèi)部豎直面上點(diǎn)固永久襯墊，襯墊往外分別頂出2 mm(為了方便焊縫熔透，將此永久襯墊設(shè)計(jì)為溝槽型)；最后把這2根縱梁放置到翻轉(zhuǎn)式焊接工裝的相應(yīng)位置。通過中心梁、連接梁的尺寸將兩縱梁中心尺寸調(diào)整為2 088 mm。

4)把最外側(cè)2根端橫梁放置到翻轉(zhuǎn)式焊接工裝的相應(yīng)位置。通過縱梁的尺寸將兩端最外側(cè)橫梁中心尺寸調(diào)整為3 360 mm。

5)把所有設(shè)置夾緊機(jī)構(gòu)的位置牢固夾持，為了防止兩端最外側(cè)橫梁甩頭，在翻轉(zhuǎn)式焊接工裝上設(shè)計(jì)反變形機(jī)構(gòu)，可以根據(jù)實(shí)際情況做出5～20 mm反變形量。

6)先焊接各零件的立角焊縫，再焊接平角焊縫，最后焊對接焊縫。待冷卻后松開夾緊螺桿，測量各部位尺寸和對角線尺寸，如對角線差>1 mm，則進(jìn)行校正，且保證校后與墊塊接觸平面的平面度<2 mm，縱梁兩端面平行度<2 mm。

7)焊后整體加工，加工時底部布置4排橫梁做支承，支承處使用壓板壓緊。為了達(dá)到加工尺寸，避免剛度不夠造成結(jié)構(gòu)變形，設(shè)計(jì)了可調(diào)式加工工藝承桿(見圖3)來控制尺寸和增強(qiáng)剛度。

圖3 加工工藝承桿

3 焊縫質(zhì)量控制

3.1 制作工作試件

模擬實(shí)物焊制接頭試樣，通過焊制工作試件，驗(yàn)證了焊接工藝參數(shù)、焊工操作技能及接頭設(shè)計(jì)的合理性，更好地保證了焊接質(zhì)量，使焊縫達(dá)到了規(guī)定的質(zhì)量等級要求。接頭宏觀形貌如圖4所示。

圖4 接頭宏觀形貌

3.2 焊縫設(shè)計(jì)及過程控制

該產(chǎn)品焊接厚度較厚，其中的開坡口角焊縫多為深熔透形式，所以把焊縫設(shè)計(jì)為多層多道，焊接過程中的焊縫處理(包括雙面焊焊縫的清根處理、層間溫度控制和焊接參數(shù)等)應(yīng)嚴(yán)格按照工藝要求控制到位。

該產(chǎn)品質(zhì)量要求較高，檢驗(yàn)貫穿于焊接全過程，可及時發(fā)現(xiàn)缺陷，對超標(biāo)缺陷進(jìn)行返修，確保焊接結(jié)構(gòu)制造質(zhì)量，保證車輛安全運(yùn)行[3]。

4 結(jié)語

本文研制了襯墊的結(jié)構(gòu)形式和焊接方式；設(shè)計(jì)了理想的翻轉(zhuǎn)式焊接工裝，避免了多次裝夾造成的變形不規(guī)律，提高了工作效率，減輕了勞動強(qiáng)度；研發(fā)了方便移除、可調(diào)節(jié)長度的加工工藝承桿。