HXD3C型机车端部装配质量问题分析及控制措施_王宏军.pdf

科技与创新Science and Technology&Innovation1262023 年 第 03 期文章编号：2095-6835（2023）03-0126-02HXD3C 型机车端部装配质量问题分析及控制措施王宏军，陈胜来，祁 剑（中车大同电力机车有限公司，山西 大同 037038）摘要：分析了端部装配与底架连接时出现的质量问题，提出了影响构件垂直度及对称度的因素，阐述了控制质量问题的具体措施。关键词：端部装配；连接部件；焊接变形；控制方案中图分类号：U264.34文献标志码：ADOI：10.15913/ki.kjycx.2023.03.038端部装配是电力机车关键部件之一，构件成形后与机车车钩、底架及司机室等部件相连接，其装配质量直接影响到连接部件的强度、性能和安全性。通过对端部装配质量问题进行深入的了解和分析，制定出合理、可靠的控制方案，确保产品质量达到技术要求。1端部装配结构与技术要求端部装配由端梁、牵引横梁、外立板、内立板、上盖板和底板等部件组成，构件后端宽度尺寸为（3 0761.5）mm，上平面与内、外立板垂直度公差为1 mm，构件整体焊接后进行退火处理，如图1 所示。1端梁；2牵引横梁；3外立板；4内立板；5上盖板；6底板。图 1端部装配结构2构件质量问题分析2.1端部装配制造工艺对比端部装配传统制造工艺为端梁组焊、牵引横梁组焊、侧梁组焊，然后进行端部装配整体组对焊接。构件总成时使用的是焊接成形后的侧梁，其优点是侧梁组焊过程中可以利用工艺装备，采取反变形、刚性固定等工艺措施来控制焊接变形。在 HXD3C 型机车生产中，由于结构不同，侧梁是以单件拼装（包括外立板、内立板、上盖板、底板）的形式在端部装配总成时完成的，这样就加大了总成时的焊接应力和焊接收缩力，增加了控制焊接变形的难度。2.2与底架连接时质量问题分析底架装配时，构件与底架的连接部位出现了整体错位或局部错位的质量问题，造成大面积返修的现象时有发生。整体错位原因分析：焊缝（如图 2 所示）的横向收缩，使内立板、外立板及底板的后端向构件宽度中心方向产生偏移；由于焊工的焊接规范、焊接速度都存在着差异，造成构件左、右两端的焊接收缩量不同；焊缝焊接时，未采取防变形措施，以及组对工艺不合理等因素，是造成与底架连接部位产生整体错位的主要原因。图 2焊缝的焊接位置局部错位原因分析：局部错位是由于构件垂直度超差造成的，主要表现形式为连接部位的断面呈倒“八”字形，以焊缝为轴线（如图 3 所示），角变形弯曲的程度与焊缝的距离成正比，轴线距 n 点的距离大于 m 点，所以焊缝焊接后 n 点位置产生偏移的程度大于 m 点1；并且 n 点位置无其他部件做刚性支撑，焊缝的横向收缩使内立板产生角变形，导致构件上平面与内、外立板的垂直度出现了偏差。分析后认为，在控制焊接变形的同时，采用合理的组对工艺及合理利用工艺装备，都是焊接变形处于受控状态的必要条件。Science and Technology&Innovation科技与创新2023 年 第 03 期127图 3与底架连接部位的横截面3控制质量问题的工艺措施3.1选择装配基准把传统的以端梁为装配基准，调节为以牵引横梁为装配基准，主要是因为质量问题发生在构件的后端，所以着重从这个位置进行控制。首先在组对平台的两侧各安装一组定位块及一套顶紧装置，左、右两侧的定位块是按照构件宽度基准线对称布置的。构件总成时，牵引横梁中心线与构件宽度基准线对齐后进行固定，作为新的装配基准。此时构件两侧的内、外立板与牵引横梁中心一定是对称的关系，然后再调节端梁至正确的位置，这样就可以防止因组对工艺不合理而产生的装配误差。构件左、右两侧的顶紧装置可以起到弹性反变形的作用，采用外力后使构件产生弹性变形从而形成应力场，构件焊接冷却后去掉外力，此时虽然应力场消失，但焊接变形已减小或消除2。分析后认为，从牵引横梁所处的位置和左、右立板之间的连接关系来看，把牵引横梁作为装配基准更有利于对质量的把控。定位块及顶紧装置的安装位置如图 4所示。图 4定位块及顶紧装置的安装位置3.2确定焊接收缩量由于零、部件在结构中所处的位置及连接方式不同，所以焊接收缩量也有所差异，通过对焊接收缩量数据的统计及分析，确定了构件焊接收缩量的具体数值。由于构件下端是焊接收缩量较大的区域，且无刚性支撑，所以左、右两端定位块的相对距离设为3 086 mm（设计尺寸为 3 076 mm），增加 10 mm 的焊接收缩量；构件上端因为有牵引横梁作为刚性支撑，且焊接收缩量小于下端，只需留出焊缝收缩量即可，所以组对尺寸设为 3 080mm，增加 4 mm 的焊接收缩量。焊接后，构件上端宽度实测尺寸为（3 0761）mm；顶紧 装 置 卸 载 后，左、右 立 板 的 下 端 回 弹 至（30761）mm，构件宽度尺寸达到了（30761.5）mm的技术要求，以上组焊工艺有效降低了焊接变形对装配尺寸的影响。焊缝的焊接位置如图 5 所示。牵引横梁与内立板的 13HY 焊缝（即焊缝）焊接层道数为 5 层 8 道，该焊缝焊接收缩力较大，对于构件的宽度尺寸及垂直度产生的影响也最大，为了保证连接部位的质量，该焊缝可以与底架侧梁连接后再进行焊接。由于与底架侧梁连接后能部分抵消该焊缝的收缩力，焊接前再配以工艺装备进行刚性固定，这样就消除了该焊缝对构件垂直度造成的影响。图 5焊缝的焊接位置3.3选择精确的检测手段为了保证内、外立板的垂直度达到技术要求，选用合适的检测方法至关重要，传统检测方法由于受焊接变形的影响，检测数据误差较大。为了降低焊接变形对检测数据的影响，采用了可靠的检测手段，即在牵引横梁的中心位置建立一个直角坐标系，利用勾股定律的原理进行测量。经过计算，只要斜边 AB 的尺寸为 1 620 mm，就能确保构件垂直度的准确性，如果构件左、右两端斜边 AB 的数值均为 1 620 mm，说明左、右立板的垂直度、对称度全部达到技术要求，如图 6所示。图 6垂直度测量方法3.4利用焊接收缩量调节垂直度从图 4 中可以看出，上盖板与外立板的对接接头焊缝形式为 13HY（即焊缝），该焊缝焊接后由于收缩作用，使外立板的下端向外产生偏移，对于 AB 值小于 1 620 mm 的一端，可以利用这一特性对垂直度（下转第 131 页）CBAnm13Science and Technology&Innovation科技与创新2023 年 第 03 期131体制方面，要进一步去行政化，增强自主性和灵活性；在自我造血方面，通过争取政府财政支持、技术服务收益、成果转化效益等多种途径获取资金，建立产业发展基金，引入社会资本，确保获得长期稳定的资金来源；在运行机制方面，必须建立相应的收益分配机制、人才流动机制、成果转化机制、绩效考核机制等，加强产学研合作，引进海内外高层次人才，形成稳定、结构合理的科研队伍，实现可持续发展。参考文献：1 “十三五”国家科技创新规划提出持续推进技术标准战略J.中国标准化，2016（10）：34.2鲁臻.新时代背景下中国新型研发机构发展的思考与建议 J.现代商贸工业，2021，42（24）：32-33.3汪曙光，汪贝贝.新时代背景下中国新型研发机构发展的思考与建议J.科技与创新，2020（1）：9-13.4曾国屏，林菲.创业型科研机构初探J.科学学研究，2014，32（2）：242-249.5原长弘，王钰莹，刘朝.政府-发起单位双元构建模式研究：基于重庆四家新型研发机构的多案例研究J.中国科技论坛，2019（2）：22-28.6吴卫，银路.巴斯德象限取向模型与新型研发机构功能定位J.技术经济，2016，35（8）：38-44.7夏太寿，张玉赋，高冉晖，等.我国新型研发机构协同创新模式与机制研究：以苏粤陕 6 家新型研发机构为例 J.科技进步与对策，2014，31（14）：13-18.8 迟考勋，袭著燕.大学-政府共建式新型研发机构制度创业中的概念化机制：以山东省工业技术研究院为例J.中国科技论坛，2020（12）：134-143.9周晓梅.高校新型研发机构运营模式与机制创新：以苏州高新区三所高校新型研发机构为例J.中国高校科技，2020（3）：85-88.10蒋洪杰，贺跃通.河南省新型研发机构备案数量突破百家J.河南科技，2020，39（29）：3.11谈力，陈宇山.广东新型研发机构的建设模式研究及建议J.科技管理研究，2015，35（20）：45-49.12蒋键，李欣，张嘉丽.东莞市新型研发机构的发展现状、机制创新及建议J.经营与管理，2017（2）：106-109.13国家知识产权局.2016 年中国专利调查主要结论M.北京：知识产权出版社，2016：1-16.作者简介：邱晶晶（1986），女，山东诸城人，硕士，中级经济师，主要研究方向为科技政策管理、区域经济发展。（编辑：丁琳）（上接第 127 页）进行微调，焊缝焊接后该端的垂直度即可达到技术要求。如果构件某端的 AB 值大于 1 620 mm，可以提前进行焊缝的焊接，第一遍填充焊接后进行测量；此时如果 AB 值还大于 1 620 mm，再进行第二遍填充焊接，一般情况下，第二遍填充焊接后就能调节好这一端的垂直度。4结论底架与端部装配的连接焊缝，要进行 100%的超声波探伤，技术要求错边量为1.0 mm，所以构件的垂直度必须保证在1 mm 的范围，如果超出技术要求范围，由于构件焊后刚性较大，垂直度很难进行修复或采取局部解体的方式进行修复。因此，焊接变形的控制和装配工艺的改进成了制造过程中最为关键的环节。通过采取合理的组焊工艺，使构件的垂直度及对称度得到了控制，最终保证了端部装配与底架的衔接质量，为探伤焊缝的焊接提供了质量保证。参考文献：1付荣柏.焊接变形的控制与矫正M.北京：机械工业出版社，2006.2邢晓林.焊接结构生产M.北京：化学工业出版社，2002.作者简介：王宏军（1966），男，高中，高级技师，中车大同电力机车有限公司资深技能专家，研究方向为电力机车车体钢结构组焊工艺技术。（编辑：丁琳）