孙成金
青岛四方庞巴迪铁路运输设备有限公司，山东青岛 266111
摘要：本文详细分析了转向架焊接过程中尺寸异常原因，研究可行的方法，从工艺及操作等方面入手解决尺寸超差问题，提高尺寸合格率，提高转向架产品质量，缩短制造周期。
关键词：转向架；焊接过程；尺寸控制
前言
我国高铁行业正处在快速发展阶段，高铁企业的订单量日益增长，为满足产能需求，企业也在不断地寻求提高生产效率、缩短制造周期的有效方法。对于转向架焊接工序而言，最大难点在于焊接工件的尺寸控制，若能在焊接过程中对工件尺寸进行有效地控制，提高尺寸合格率，不但能够提高产品质量，还能在最大程度上避免成本浪费、缩短生产周期。
1、尺寸超差造成的影响
1.1降低工件整体装配质量
工件焊接完成后需进行装配作业，各部件尺寸要求较为严格，焊接后工件尺寸控制需要更加精确，尺寸超差对结构装配精度有很大的影响，会影响装配过程的使用性能，降低工件的装配质量，甚至会导致装配无法正常进行，最终造成工件报废。[1]
1.2焊后需增加调修工序
为保证工件尺寸后续满足后续加工及装配要求，需要增加焊后调修工序，对尺寸超差位置进行调修，目前转向架采用的调修方法有机械矫正法、局部加热矫正法。机械力矫正通常采用油压调直机进行调直，首先需使用天车将工件吊运至油压调直机，并采用合理的方式对工件进行稳固支撑，利用油压泵产生的压力，使工件产生塑性变形；局部加热矫正法是采用火焰加热工件，使得工件局部处在高温状态下，钢材受热产生膨胀，但膨胀过程中受到工件整体刚性力量的制约，在受热处产生压缩塑性变形，该位置冷却后收缩，从而抵消焊接变形。以上两种方法虽然能够有效地解决工件尺寸超差问题，但也延长了工作时间，对于产能提升而言是不利的。
1.3影响工件整体尺寸、外观质量和承载能力
尺寸超差导致工件外观不符合设计和验收要求，同时过度调修很可能引起工件收缩量增大，导致其他尺寸出现加工极限状态的几率增加，使工件报废的风险加大，同时采用油压调直机调修时会出现压痕问题，采用火焰调修时下火位置容易出现凹凸不平现象，给工件整体尺寸和外观质量带来较大影响，并且调修温度不当会导致工件韧性降低，影响转向架的承载能力。
1.4降低生产效率，增加制造成本
反复调修耗费大量人力和基础设施资源，浪费调修气体、焊丝及打磨耗材，造成生产成本增加、劳动强度加大、制造周期延长。
2、转向架尺寸超差的原因
转向架焊接生产过程工艺流程复杂，组焊量大，工件尺寸超差现象较为严重，下面从以下两个方面对造成尺寸超差的原因进行分析。
2.1焊接变形
转向架构架的焊接采用的焊接方法多为熔化焊，焊接时电弧对接头处进行加热，温度升高使得母材和焊接材料发生熔化，从而产生熔池对接头进行填充，焊接结束后工件冷却，熔化金属凝固变为固态，使得母材永久连接。在整个过程中，焊接接头部位，包括熔合线外的母材发生先热胀后冷缩的变形，但因局部加热的缘故，其余母材温度未发生变化，使焊接接头与其他部位金属之间存在相互约束，从而产生塑性变形，造成焊后工件尺寸超差。[2]
2.2尺寸公差不匹配
在转向架焊接工序中，数十种工件需要通过组焊方法进行连接，由于各部件加工或组焊时总会有误差，所以每个部件尺寸都会给出一个公差范围，如果整体结构的尺寸公差与所有的部件尺寸公差不能相互匹配，即无法形成一个闭合的尺寸链，那么最终尺寸极有可能会出现超差现象。
3、转向架焊接变形规律
3.1侧梁组成
侧梁工序筋板与腹板、上下盖板焊缝较多且均为双面焊，焊接过程中在沿着焊缝方向与垂直于焊缝的方向上均发生了膨胀和收缩，因腹板和上下盖板的约束作用，筋板在沿焊缝方形变形量较小，在垂直于焊缝方向变形量较大，因此侧量的主要变形规律为长度方向的收缩及梁体的扭转。
3.2横梁组成
横梁组成主要为横梁与横梁上各座的焊接，因焊缝均分布在横梁上，因此横梁X、Y、Z三个方向变形量均较大，同时由于各座正反面工件厚度的差异，焊缝大小有别，层道分布不同，焊接量相差较大，因此在焊接过程中还会发生各座Z向高度的变形。
3.3构架组成
构架组成主要是将侧梁组成与横梁组成焊接在一起，采用横梁插入侧梁或箱型结构连接的方式，主要变形规律为侧梁的扭转变形。
4、转向架焊接尺寸控制方法
4.1工艺方面
4.1.1焊前反变形
分析工件焊接过程的变形规律，将关键部位加工理论尺寸叠加变形量，采用反推方式优化组装尺寸，在组焊过程中对工件进行与焊接变形大小相当、方向相反的变形，在焊接时工件变形量与反变形相抵消，使工件尺寸回正，保证焊接后关键尺寸满足加工要求。例如通过横梁焊接前后各座扭转变形数值统计和对比，得出焊接后各座Z向高度减小，因此在横梁组装工序提前进行反变形，增加各座Z向高度，使焊接后Z向尺寸回归0位，可以有效地减少不必要的尺寸矫正。
4.1.2增加刚性固定
在焊接过程中对于刚性小的工件（例如薄板件）增加夹具或支撑进行固定，提高工件的抗变形能力，以达到降低焊接变形程度的目的，例如侧梁组成多为薄板件，且尺寸较大，刚性差，易发生变形，在焊接前对板材进行压紧，焊接结束后工件温度降至室温后再对刚性夹具进行去除，可以很好地避免板材的扭转和收缩。
4.1.3选择合理的焊接顺序
焊接顺序是影响焊接变形最主要的因素，选择合理的焊接顺序，可以大幅度降低焊接变形程度，在工件长度方向上应保证从一侧向另一侧或从中间向两端的焊接顺序；板厚变化的焊缝应从厚板处向薄板处焊接；对于收缩量不同的接头，应先焊接收缩量大的接头，如对接接头，再焊接收缩量小的接头，如角接接头。
4.1.4制定合适的焊接工艺规范
工艺应当制定合适操作、避免变形的焊接工艺规范。在进行薄板焊接时采用小电流电压、大焊接速度的模式，保证较小的热输入量，可尽可能地降低焊接变形；在进行大厚板焊接时采用多层多道焊接方法减小变形。
4.1.5公差统一
各部件尺寸公差的设置应当具备合理性，公差积累的结果应与最终尺寸需求的公差相互匹配，保证尺寸链的闭合、统一，避免因误差累积造成工件整体尺寸的超差。
4.2操作方面
焊接操作人员按照要求在焊前对工件进行压紧，在焊接过程中严格按照工艺规定的焊接顺序进行焊接，执行焊接工艺规程中规定的层道分布，采用合适的焊接参数，防止焊接电流过大，避免线能量过大，尽可能地减低焊接变形。
结束语
转向架的焊接结构作为列车的骨架，是列车的主要承载结构，目前动车组车型大载荷、大轴重的特点，对焊接结构的承载能力和产品质量提出了更高的要求，同时制造企业迫切的产能提升需求对产品生产周期带来了更大的挑战。因此对焊接结构尺寸采取有效的控制手段，提高工件焊接后的尺寸合格率，降低调修工作量，保证后续装配工序的顺利进行，对于转向架产品质量的提升与生产效率的提高意义重大。
参考文献
[1]裴加梅．焊接应力与焊接变形及其控制方式[J]．中国新通信，2015，23：147．
[2]李建欣．高速动车组转向架构架的焊接变形控制措施[J]．上海工程技术大学学报，2011，02：122-124．