（中车长春轨道客车股份有限公司 吉林长春 130062）
摘要：在某些轻轨车辆转向架立板型吊座焊接过程中，由于焊接变形使立板吊座的两个立板平行度和裆距超差，结果导致立板与螺栓垫片及其安装部件干涉等问题。通过对转向架立板型吊座焊接变形问题进行研究，然后使用反变形、结构改进等方法对吊座结构进行优化改进，达到满足图纸和装配要求的目的。
关键词：转向架；立板吊座；焊接变形；反变形；优化改进
中图分类号：U266 文献标识码：A
在某些轻轨车辆转向架在生产试制的过程中，发现这种立板型吊座在装配过程中多次与置于立板内侧的装置干涉或小于图纸规定的装配安全距离。本文针对轻轨车辆转向架在车间装配过程中无法保证立板型吊座与其装配件安全距离的问题进行研究，对该车辆转向架的立板型吊座进行机构改进优化。
该立板型吊座在车间焊接过程中不可避免地要发生变形。该焊接变形不仅直接影响焊件的外观形状和尺度精度，而且影响结构的强度（和刚度）、装配质量及使用功能。吊座一旦发生焊接变形，要纠正变形要将极其困难，多数变形且无法修复需要去除重新焊接。多次焊接变形导致的返工，将使被焊接件报废。避免焊接变形，在操作上是很难避免的。因为结构及焊接条件的杂乱且多变的，试图用焊工经验的办法核算变形量对焊工实践经验要求过好，并且过程难以控制，不同的焊工焊接质量差异较大。
所以，所以为了提高立板型吊座焊接质量，减小焊接变形导致的影响，就必须通过设计手段提高立板件的抗变形能力，对该立板型吊座进行结构优化改进。
1 转向架焊接变形原因
转向架结构及其组成部件几乎全部为金属件，其中90%以上的部件全部为焊接形成，但焊接变形在这一过程中是不可避免的。焊接变形是怎样形成的呢？
焊接时，由于加热焊接接头局部加热不均匀，熔化的金属及近缝区母材受热膨胀，产生塑性变形。金属冷却后沿焊缝纵向收缩时受到焊件低温部分的阻碍，使焊缝及其附近区域受拉应力，远离焊缝区域受压应力。因加热、冷却这种热变化在局部范围急速地进行，膨胀和收缩变形均受到拘束而产生塑性变形，焊接完成并冷却至常温后该塑性变形残留下来，焊接变形因此产生。
焊缝金属在焊接过程中的凝结缩短及热缩短，使得焊接构件有变形的趋势。其中零部件焊接过程中既能发生焊缝的横向收缩变形，也能发生焊缝的纵向收缩变形。这种由焊缝的纵向（沿焊缝方向）和横向（垂直焊缝方向）收缩引起的变形，即为收缩变形。
当焊接单面单道焊接焊缝时，容易发生有向上趋势的角变形，导致这种趋势的主要原因是焊缝熔宽大于焊缝底部熔宽，从而导致焊缝金属表面有些的凝结收缩以及热收缩大于焊缝底部的相应收缩，然后导致向上的角变形趋势。这种由于V型坡口对接焊焊缝布置不对称，造成焊缝上下横向收缩量不均匀而引起的变形，即为角变形。
T型梁焊接后，由于焊缝布置不对称，焊缝多的一面收缩量大，引起的工件弯曲，导致弯曲变形。另一种是焊接过程中焊接顺序和焊接方向不合理引起的工件扭曲，又称为螺旋形变形，多出现在工字梁的焊接加工过程中，将导致扭曲变形。
2 减少焊接变形措施
焊接变形的基本形式有收缩变形、角变形、弯曲变形、波浪变形和扭曲变形等。鉴于产生焊接应力和变形的根本原因的焊接过程中对焊件进行不均匀加热和冷却形成的。那么减少焊接变形的措施可以从以下几个方面入手：
（1）预留收缩变形量
根据理论计算和实践经验，在焊件备料及加工时预先考虑收缩余量，以便焊后 工件达到所要求的形状、尺寸。
（2）反变形法
根据理论计算和实践经验，预先估计结构焊接。
（3）刚性固定法
焊接时将焊件加以刚性固定，焊后待焊件冷却到室温后再去掉刚性固定，可有效防 止角变形和波浪变形。
3 转向架立板吊座焊接结构优化改进的应用
某些轻轨车辆转向架立板型吊座原立板吊座结构为安装块焊接在立板上，下一步再将该立板吊座焊接在横梁钢管上，详见图1 立板结构图。在转向架转配试验现场，试制安装过程发现由于焊接导致立板发生角变形，立板内侧裆距变小。通过机加工工序后，穿螺栓的光孔相对立板座的位置向一侧偏移。这种结果导致在装配过程中，导致一下几种问题。
第一，螺栓垫片与立板边干涉，导致无法螺栓和垫片无法安装。
第二，由于立板与其配合的装置有安装尺寸要求，由于焊接变形的影响导致立板发生角变形，详见图2 角变形的立板吊座。这种变形使与其配合的装置与立板内侧间隙过小。若无视其影响将在运行过程中与立板干涉，直接影响行车安全。
在立板吊座变形问题处理过程中，通过研究发现，产生焊接应力和变形的根本原因是焊接过程中对焊件进行不均匀加热和冷却形成的。针对目前吊座焊接完成，发生变形的立板可以通过反变形的方式进行校正。具体方法就是进行焊后的热处理，采用退火的办法消除残余变形，即工人沿角变形的背面一侧焊缝中心各20-30mm范围内用火焰加热处理，校正立板吊座详见图3 热处理后立板吊座。
同时，为进一步有效解决焊接导致该部位裆距距离过小的问题，可以通过设计手段进一步进行优化。首先将吊座安装块跟立板进行优化，对于该部分结构采 用整体加工制造，取消焊接结构形式。同时将立板向吊座块中间偏移，不但可以加大立板裆距，而且使立板吊座吊座受力更加均匀。然后通过增加筋板进行刚性固定法焊接，先将立板和筋板焊接好，尺寸检验合格后再焊接到转向架横梁钢管上，具体设计方案见图4 改进型立板吊座结构。即减小的焊接变形又增大了转向架立板吊座结构刚度，这些都是这些将在转向架立板型吊座后续设计中十分重要的结构设计方案。
结语
转向架零部件生产过程中焊接热变形是不可避免的，但是经过本文研究这种变形可以通过许多手段进行控制和校正。本文针对转向架立板型吊座焊接变形导致问题进行研究为切入，重点研究了通过反变形、结构改进等方法，解决立板吊座焊接变形问题。在机械结构设计中焊接应用十分广泛，所以有效减小焊接变形的研究将促进了机械设计的发展。
参考文献：
[1]谷穗.工艺车制造质量控制与管理研究[D].东北大学,2008.
[2]李继三.电焊工[M].北京：中国劳动出版社，2002.
论文作者:李由,张成铭,薛文根
论文发表刊物:《电力设备》2017年第12期
论文发表时间:2017/8/25
标签：转向架论文; 过程中论文; 结构论文; 螺栓论文; 应力论文; 刚性论文; 轻轨论文; 《电力设备》2017年第12期论文;