永磁直驅(qū)轉(zhuǎn)向架采用模塊化設(shè)計(jì)，滿足80km/h B型地鐵運(yùn)用要求。構(gòu)架有動(dòng)車構(gòu)架(M0),拖車構(gòu)架(T1)、拖車構(gòu)架(T2)三種結(jié)構(gòu)，其中拖車構(gòu)架(T2)采用柔性結(jié)構(gòu)，剛度較傳統(tǒng)構(gòu)架大幅下降，通過(guò)調(diào)節(jié)鋼板夾角、板厚、板長(zhǎng)得到較低扭轉(zhuǎn)剛度，提高扭曲線路安全。永磁直驅(qū)構(gòu)架與傳統(tǒng)B型車構(gòu)架相比，省去了齒輪箱吊桿座，并且構(gòu)架更輕、結(jié)構(gòu)尺寸小、局部操作空間緊湊。由于側(cè)梁焊后產(chǎn)生焊接變形，導(dǎo)致在構(gòu)架組裝時(shí)，無(wú)法滿足工藝要求，需要返工處理，這樣不僅增加員工的勞動(dòng)強(qiáng)度，還浪費(fèi)成本，降低工作效率。本文通過(guò)分析側(cè)梁產(chǎn)生變形的原因，找到控制其變形的方法。
1問(wèn)題描述永磁直驅(qū)轉(zhuǎn)向架由2根側(cè)梁和1個(gè)橫梁及新型的牽引拉桿復(fù)合座等部件組成。
在永磁直驅(qū)轉(zhuǎn)向架試制過(guò)程中，由于側(cè)梁內(nèi)外側(cè)定位座需要進(jìn)行機(jī)加工，所以尺寸控制方面需要十分精確，若在機(jī)加工時(shí)發(fā)現(xiàn)尺寸問(wèn)題，則需要進(jìn)行返修，嚴(yán)重的甚至要報(bào)廢。所以構(gòu)架組裝時(shí)，必須要保證構(gòu)架定位尺寸：如X(即側(cè)梁長(zhǎng)度)方向必須控制在22642mm，Y(即兩側(cè)梁中心距)方向必須控制在19641mm，Z(即側(cè)梁外側(cè)定位座高度)方向必須控制在3001mm。因此在試制過(guò)程中遇到了兩個(gè)難點(diǎn)：①側(cè)梁每道工序的焊接變形控制都很重要，任何一道工序尺寸超差，都無(wú)法保證X向(22642mm)和Z向(3001mm)尺寸;
②構(gòu)架組裝時(shí)Y向(兩側(cè)梁中心距)尺寸均偏大，端頭甚至到1974mm，后來(lái)通過(guò)多方面查找原因，發(fā)現(xiàn)由于側(cè)梁內(nèi)、外腹板焊縫受熱不均勻及焊接熱輸入量過(guò)大產(chǎn)生焊接應(yīng)力，引起了側(cè)梁局部變形。
2.1側(cè)梁組焊2.1.1側(cè)梁組焊工序分析原因側(cè)梁內(nèi)腔由1塊中部下蓋板和2塊端部下蓋板、2個(gè)內(nèi)側(cè)定位座、2個(gè)外側(cè)定位座、1副側(cè)梁內(nèi)外腹板、2個(gè)垂向檔、4塊筋板、2塊側(cè)梁封板及1塊側(cè)梁上蓋板組合而成。由于此梁窄而長(zhǎng)，散熱較慢，熱輸入高使兩條內(nèi)腔長(zhǎng)焊縫易產(chǎn)生縱向變形，筋板T型接頭易產(chǎn)生橫向變形，焊后尺寸22700 -2mm，所以要滿足側(cè)梁組裝工藝尺寸22722mm，必須要進(jìn)行焊接變形控制。
2.1.2側(cè)梁組焊工序尺寸控制所選用的變形控制方法：①剛性固定法;②選用合理的工藝參數(shù);③選用合理的焊接順序。在內(nèi)腔組裝時(shí)用內(nèi)、外側(cè)定位座Ф105mm孔定位;焊接時(shí)，使用工藝支撐來(lái)控制側(cè)梁的橫向變形;選用合理工藝參數(shù)將電流控制在270～310A、電壓控制在27～31V、焊接速度控制在4～5mm/s，通過(guò)焊接線能量公式q=?IU/v將線能量控制q=0.8531031/5=1633.7J/mm;選用合理的焊接順序：先焊筋板再焊內(nèi)腔長(zhǎng)焊縫，筋板焊接時(shí)采取先焊兩端筋板，再焊中間筋板，內(nèi)腔長(zhǎng)焊縫焊接時(shí)兩人同時(shí)從中間向兩邊施焊，此工序完成后跟蹤發(fā)現(xiàn)，此梁雖然發(fā)生了縱向變形，但是在工藝要求范圍內(nèi)。工藝要求側(cè)梁組裝完尺寸是22722mm，而實(shí)際上尺寸驗(yàn)證是22710 -1mm。
2.2側(cè)梁機(jī)械手焊接2.2.1機(jī)械手焊接工序分析原因機(jī)械手工序主要焊接內(nèi)外腹板與上、下蓋板的單V型坡口焊縫，由于側(cè)梁腹板板厚為14mm，坡口角度為50，焊接時(shí)熔敷金屬截面積大，工藝要求焊接3層就將角焊縫填滿，熱輸入較高，所以此梁在焊后四條對(duì)稱長(zhǎng)焊縫易發(fā)生縱向變形，導(dǎo)致側(cè)梁比前道工序理論值縮短了2mm左右。
2.2.2機(jī)械手焊接工序尺寸控制該工序尺寸控制使用剛性固定法和優(yōu)化工藝參數(shù)方法。如在機(jī)械手焊接時(shí)使用工裝及壓塊將其固定;焊接中控制焊縫的熱輸入及層間溫度：由3層焊縫改為4層，將焊接電流、電壓270～295A、27～28V調(diào)整為240～260A、26～28V，經(jīng)過(guò)驗(yàn)證后側(cè)梁變形得到有效控制，實(shí)際側(cè)梁長(zhǎng)度尺寸為22700 -2mm。　　2.3側(cè)梁外體手工焊接2.3.1側(cè)梁外體手工焊接工序分析原因外體手工焊?jìng)?cè)梁內(nèi)外腹板兩邊焊縫對(duì)稱，主要焊接4道U型焊縫、4個(gè)內(nèi)外側(cè)定位座、2個(gè)垂向擋、2塊封板、4道機(jī)械手彎角處未能施焊的剩余焊縫和2個(gè)起吊環(huán)，由于此工序側(cè)梁上蓋板與側(cè)梁下蓋板焊縫分布不均勻，造成焊接后外側(cè)定位座高度尺寸比理論值3001mm低5mm左右，需要熱調(diào)修，等高度方向調(diào)修好后，側(cè)梁卻變短了，尺寸在2262mm左右。
2.3.2側(cè)梁外體手工焊接工序尺寸控制焊接時(shí)采取了先兩端再中間的對(duì)稱焊接方法，順序?yàn)閷?duì)稱焊接4道U型打底焊對(duì)稱焊接2塊封板4道機(jī)械手剩余焊縫對(duì)稱打底焊4道U型填充、蓋面焊4道機(jī)械手剩余焊縫填充、蓋面焊焊接2個(gè)起吊環(huán)焊2個(gè)外側(cè)定位座焊2個(gè)垂向擋焊2個(gè)內(nèi)側(cè)定位座。通過(guò)以上的焊接順序，將此梁的縱向變形量控制在2mm，實(shí)際側(cè)梁長(zhǎng)度為22680 -2mm，高度尺寸控制在3mm以內(nèi)。
2.4.側(cè)梁調(diào)修2.4.1側(cè)梁調(diào)修工序分析原因側(cè)梁調(diào)修時(shí)，由于內(nèi)外側(cè)定位座有Z向高度要求及上下蓋板的平面度要求，工藝要求外側(cè)定位座高度尺寸為3001mm，上下蓋板平面度1mm，而實(shí)際平衡時(shí)卻發(fā)現(xiàn)側(cè)梁外側(cè)定位座高度尺寸為297～298mm，上下蓋板平面度高低差為2mm左右，所以需要用火焰對(duì)側(cè)梁局部進(jìn)行加熱，產(chǎn)生塑性變形來(lái)對(duì)側(cè)梁尺寸進(jìn)行調(diào)修。
2.4.2側(cè)梁調(diào)修工序尺寸控制調(diào)修時(shí)使用中性焰，在內(nèi)外導(dǎo)柱定位座之間的距離采用線形加熱，寬度控制在30mm以內(nèi)，溫度控制在800℃(即加熱部位成櫻紅色即可)，側(cè)梁在調(diào)修時(shí)也會(huì)產(chǎn)生縱向變形，工藝要求側(cè)梁調(diào)修完成后尺寸應(yīng)控制22642mm，然而最終側(cè)梁尺寸調(diào)修合格后，實(shí)際尺寸為22660 -4mm，將尺寸控制在工藝范圍內(nèi)。
2.5構(gòu)架組裝2.5.1構(gòu)架組裝工序分析原因構(gòu)架組裝時(shí)出現(xiàn)側(cè)梁端頭甩頭現(xiàn)象且變形量無(wú)法控制，需要進(jìn)行返工重新調(diào)修，這樣不僅增加員工的勞動(dòng)強(qiáng)度，還浪費(fèi)成本，降低工作效率。
2.5.2構(gòu)架組裝尺寸控制本人仔細(xì)分析側(cè)梁工藝流程，憑借著10多年來(lái)在公司參與多個(gè)項(xiàng)目的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，果斷建議有關(guān)部門(mén)必須對(duì)側(cè)梁工藝流程進(jìn)行優(yōu)化，需要增加二次調(diào)修步驟，并且需在側(cè)梁工藝流程的最后一步進(jìn)行，經(jīng)過(guò)分析，發(fā)現(xiàn)側(cè)梁端頭甩頭不可控現(xiàn)象是在側(cè)梁小件焊接工序產(chǎn)生的，側(cè)梁小件焊接的部件有制動(dòng)套管1-3各一對(duì)、提吊銷2個(gè)、接地線座2個(gè)、高度閥桿座1個(gè)、側(cè)梁小筋板2塊、手制動(dòng)安裝座1個(gè)、制動(dòng)管安裝座1個(gè)、油箱安裝座2個(gè)、T型槽座2個(gè)和T型槽(L60)2個(gè)。如圖4。
由此可見(jiàn)側(cè)梁小件的焊縫主要集中在側(cè)梁外腹板上，所以焊縫產(chǎn)生向內(nèi)腹板方向彎曲變形，熱脹冷縮后側(cè)梁端頭出現(xiàn)大幅度向外腹板側(cè)甩頭現(xiàn)象，于是本人通過(guò)先焊內(nèi)腹板再焊外腹板的方法，相當(dāng)于提前做了個(gè)反變形，焊接順序如下：先焊內(nèi)腹板側(cè)的3對(duì)制動(dòng)套管打底焊外腹板制動(dòng)套管打底焊內(nèi)腹板側(cè)的3副制動(dòng)套管填充、蓋面焊外腹板制動(dòng)套管填充焊對(duì)稱焊接兩端的接地線座小筋板對(duì)稱焊接對(duì)稱焊接兩端提吊銷制動(dòng)管安裝座對(duì)稱焊接油箱安裝座對(duì)稱焊T型槽座和T型槽外腹板制動(dòng)套管蓋面焊。通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在側(cè)梁二次調(diào)修時(shí)，采用以上的焊接順序側(cè)梁端頭甩頭變形控制在3mm左右，通過(guò)對(duì)焊接順序及工藝流程優(yōu)化，基本解決了構(gòu)架組裝出現(xiàn)側(cè)梁調(diào)修需返工的問(wèn)題。
3改進(jìn)前與改進(jìn)后取得效果對(duì)比通過(guò)采用和實(shí)施優(yōu)化側(cè)梁工藝流程、調(diào)整焊接參數(shù)和選擇合理焊接順序，反變形和剛性固定等方法合理的控制產(chǎn)品質(zhì)量，使其在構(gòu)架組裝時(shí)兩側(cè)梁中心距控制在19640.5mm，滿足工藝要求。
附表改進(jìn)前后效果對(duì)比
工序改進(jìn)前尺寸值改進(jìn)后尺寸值側(cè)梁內(nèi)腔22700 -2mm 22710 -1mm 機(jī)械手焊接22690 -2mm 22700 -2mm 外體手工焊接 長(zhǎng)：2262mm 高：295mm長(zhǎng)：2268 -2mm高：297～298 側(cè)梁平衡高：297～298上下蓋板平面度高低差2mm高：3001mm上下蓋板平面度高低差1mm 構(gòu)架組裝側(cè)梁端頭甩頭現(xiàn)象嚴(yán)重不可控問(wèn)題已解決
4結(jié)論通過(guò)合理優(yōu)化側(cè)梁焊接順序及工藝流程，既使得產(chǎn)品達(dá)到了工藝要求節(jié)約返修成本，又減輕了員工工作強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率。