淺談出口鐵路貨車箱型中梁扭曲控制方法

張江銀　武永亮　劉志強

[摘 要]隨著鐵路貨車技術的發(fā)展，出口鐵路貨車中梁采用屈服強度為450MPa高強耐候鋼組焊箱型中梁的結構應用越來越廣泛，箱型中梁因為焊縫集中，焊接變形大，質量難以控制，尤其是中梁扭曲變形對底架組裝有很大的影響，對車輛運行存在安全風險。本文介紹了鐵路貨車箱型中梁的結構特點，中梁扭曲變形原因，并在原因分析的基礎上提出了箱型中梁扭曲的控制方法，并將實踐中的成功經驗納入指導性文件進行廣泛應用，確保生產的順利進行。

[關鍵詞]鐵路貨車；中梁；扭曲；方法

中圖分類號：TD327.3 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）14-0357-01

隨著鐵路貨車技術的發(fā)展，根據輕量化設計原則，為降低車輛自重，出口鐵路貨車中梁采用屈服強度為450MPa高強耐候鋼組焊箱型中梁的結構應用越來越廣泛，箱型中梁因為焊縫集中，焊接變形大，扭曲變形難以控制，尤其是中梁扭曲變形對底架組裝有很大的影響，對車輛運行存在安全風險。本文在分析箱型中梁產生扭曲變形原因的基礎上提出了箱型中梁扭曲的控制方法。

1 結構特點

國內鐵路貨車中梁一般采用熱軋乙字型鋼組焊而成，由于中梁不是封閉結構，組焊完可以通過中梁矯正胎調整中梁扭曲變形。

根據輕量化設計原則，為降低車輛自重，我公司出口鐵路貨車中梁一般采用箱型結構，箱型中梁通過板材拼接成箱型結構，由上蓋板、下蓋板、腹板（左）、腹板（右）等組焊而成，如圖1所示，箱型中梁長度在8000mm～15000mm之間，腹板高度在300mm-800mm之間，中梁腹板與中梁下蓋板采用雙面角焊縫，中梁腹板與中梁上蓋板采用單面坡口焊縫加角焊縫。由于中梁為封閉結構，組焊完后中梁扭曲變形很難通過工裝設備調整。

2 箱型中梁工藝難點分析

鐵路貨車中梁為車體的重要部件，承受主要的載荷，中梁的制造質量關系到車體運行安全，而箱型中梁主要控制難點為中梁的扭曲變形控制，如果中梁扭曲超差，影響底架組裝，會導致底架組裝完后，車體傾斜，在運行中會存在傾覆的風險。

箱型中梁由于焊縫集中，導致中梁焊接變形大，中梁焊接完后容易扭曲變形，從而超出兩上心盤橫向間隙差不大于1mm的技術要求，且中梁扭曲變形很難通過工裝設備調整，所以中梁扭曲變形控制為出口鐵路貨車中梁的制造難點。

3 中梁扭曲控制工藝分析

3.1 組裝工藝分析

3.1.1中梁上蓋板、下蓋板、腹板因材料長度較長，一般都是用短料拼焊而成，腹板拼接時預放撓度，拼接的中梁撓度由于組裝間隙及焊接收縮不一致，導致中梁腹板拼焊后撓度不一樣，當撓度值相差較大的兩中梁腹板組焊到同一根中梁上時，就會導致中梁扭曲。

3.1.2 中梁組裝時使用中梁組裝胎模組裝，將中梁各部件與胎模各定位塊貼合緊密，并用夾具夾緊后再組裝，當中梁與胎模定位面貼合不嚴密，或者組裝胎模定位面未校準，就會導致組裝后的中梁扭曲變形。

3.1.3中梁上蓋板組裝前，中梁未封閉，中梁扭曲容易調整過來，當中梁上蓋板組裝后，中梁形成封閉式箱型結構，中梁扭曲就很難調整。所以中梁上蓋板組裝的組裝質量對中梁是否扭曲有很大的影響。

3.2 焊接變形分析

在箱型梁的焊接中，扭曲變形一般是由焊縫的縱向或橫向收縮造成的，焊接順序不合理，都會引起扭曲變形[1]。

中梁扭曲影響較大的焊縫有焊縫1、2、3，焊接時先焊接內部焊縫1，再焊接外部焊縫2，再焊接外部焊縫3（圖1）。

箱型中梁內部和外部焊縫基本屬于對稱焊縫，如果兩條對稱焊縫沒有同步焊接，或者是焊接方式不一樣，都有可能造成中梁的扭曲變形。

4 中梁扭曲控制工藝措施

4.1組裝工藝措施

4.1.1 中梁腹板拼接在專用拼接胎上拼焊，拼焊胎設置撓度定位點，這樣拼焊完的中梁腹板撓度值相差不會很大，將拼接好的中梁腹板撓度全部都測量，并將數值寫在中梁腹板上，在中梁組裝時，同一中梁兩腹板撓度應在組裝前選配，按照兩腹板撓度差值在2mm以內的標準選配，保證組裝質量。

4.1.2中梁組裝胎在組裝前需校準胎模定位面，尤其是兩心盤定位基準面，保證組裝要求。在中梁組裝時，以心盤安裝面作為工裝夾具的基準，在工裝夾具上采用有效的約束來保證兩腹板對下蓋板的垂直度，同時組裝時需要用夾緊裝置將各工件壓緊，貼合胎模定位塊，工件與定位塊間隙要求不大于1mm。

4.1.3中梁上蓋板組裝需要使用專用工裝組裝，心盤承臺需模擬中梁撓度設置心盤定位平面，在中梁中間位置，需模擬中梁撓度設置撓度定位面，且工裝心盤定位面和撓度定位面需要測量水平數據，并在組裝時設置壓緊裝置壓緊中梁下蓋板，貼緊定位塊，保證工件與定位面間隙不大于1mm，檢查完后才能定位焊中梁上蓋板與中梁腹板的焊縫。

4.2 焊接工藝措施

中梁焊縫基本屬于對稱焊縫，為減少中梁扭曲，需盡量同步同向對稱焊接，焊縫造成的變形會同步變形，就不會造成中梁扭曲。

當焊接內腔焊縫1時，如果同步對稱焊接，操作工很難操作，就會造成中梁扭曲，所以中梁內腔焊縫焊接時需在壓緊狀態(tài)下焊接，焊接完后，待焊縫冷卻后松開夾具。

當焊接外部焊縫2時，需同步對稱焊接，即兩電焊工在中梁的兩側，從中梁中部同時往中梁兩端焊接，焊接時注意兩電焊工的距離，距離不超過300mm，這樣中梁焊接收縮基本同步，中梁扭曲變形最小。

當焊縫外部焊縫3時，同焊縫2，需要同步對稱焊接。

5 結論

（1）同一中梁上的兩中梁腹板需選配組裝，撓度差控制在2mm以內。

（2）中梁內腔焊縫在壓緊狀態(tài)下焊接，中梁外部焊縫同步對稱焊接。

（3）中梁上蓋板在專用胎模上組裝，胎模模擬中梁撓度，設置心盤承臺及中梁撓度定位塊，并在夾緊狀態(tài)下組裝中梁上蓋板。

通過批量生產，以上方法相互配合控制中梁焊接變形， 基本無扭曲變形，達到兩上心盤橫向間隙差不大于1mm的要求，從而有效地確保了中梁生產質量。

參考文獻

[1] 中國機械工程學會焊接學會編.焊接手冊第3卷焊接結構[M] .北京：機械工業(yè)出版社，2001.8.