某铁路自翻车侧开门组焊质量提升

胡 江，宾 健，杨 钱，邹红亮，侯 杰

（中车株洲车辆有限公司，湖南 株洲 412000）

1 自翻车侧开门概述

该自翻车是2021 年公司为智利国家铜业公司制造的特尼恩特矿山1 435 mm 标准轨距运输及向一侧倾卸运输块状铜矿石的铁路专用车辆。本文重点论述车厢侧开门在生产过程中为保证产品形位公差达到图纸技术要求，采取的一系列工艺措施，确保产品按照试验大纲要求做到两端侧开门装置开闭动作同步、转动灵活、无卡滞、不憋劲。自翻车实物照片见图1。

图1 自翻车实物照片

2 产品结构特点

1） 整车结构。该车主要结构由底架、车厢、侧开门装置、制动装置、车钩缓冲装置、电气装置、风控系统、转向架等八大部分组成。

2） 主要技术要求。轨距1 435 mm，轴重33 t，自重53.7 t，载重80 t，容积55.5 m3，最大运营速度60 km/h，卸货方式为单侧倾翻，由地面操作人员通过按钮启动或者通过电气装置（风控或电控）两种方式对车辆货物进行卸载操作，车厢最大倾翻角度为47°。车辆侧开门全开状态见图2。

图2 车辆侧开门全开状态

3） 侧开门结构特点：侧开门由侧门板、侧门磨耗板、上下横梁、立柱、合页、连杆座、补强板、隔板等组焊而成。各横梁和立柱采用板材冷弯压型，侧开门采用厚度为6 mm 的钢板，内侧采用沉头拉铆钉固定覆盖一层12 mm 耐磨钢板（牌号NM450）。侧开门结构见图3。

图3 侧开门结构

4） 侧开门组焊技术要求：侧门组成总长为13 002 mm±8 mm，合页间距离2 130 mm±5 mm，侧门组成后全长范围旁弯≤10 mm，上拱≤10 mm，对角线≤8 mm，门合页转轴孔中心同轴度偏差≤2 mm。

3 产品制造过程中的问题及原因分析

侧门组成由板材、上下横梁、立柱、合页、连杆座、补强板、隔板等组焊而成框架结构并且覆盖一层12 mm 耐磨钢板用沉头拉铆钉进行固定并且周圈采用100 mm×100 mm 段焊进行加固连接。产品横截面形状为直角三角形扁平结构（见图4），长度达到13 m。侧门板拼接完成后装配各梁柱等部件，所有焊缝基本集中于联接各梁柱和侧门板处。焊缝热影响区域大，受热影响较为集中，单边受热状态，钢结构内应力属于失衡状态，产品焊后变形严重，影响后续的结构总装[1]。最直观的体现为门合页转轴孔中心同轴度偏差≤2 mm 和侧门组成后全长范围旁弯≤10 mm 的产品技术要求。部件组装尺寸的误差和产品焊接变形的叠加会对产品形位公差产生不可逆转的影响，将导致侧开门合页和车厢底架支座组成装配受阻、增加合页中心销转轴穿入的难度。造成车辆卸载倾翻试验时侧开门卡阻、产生异响、憋劲、转轴摩擦系数增大、产品使用寿命缩短等问题。由于强力组装带来一系列问题，在后续的生产过程提出了改进方案和采取措施加以解决。

图4 产品横截面形状

4 改进措施和解决方案：

综上所述，侧开门产品组焊完毕后，首件检测过程中实测产品数据如下：全长13 002 mm±8 mm，实际12 990 mm；合页间距离2 130 mm±5 mm，实际±2～5 mm 之间；全长范围旁弯≤10 mm，实际18 mm；门合页转轴孔中心同轴度偏差≤2 mm，实际3～7 mm 之间。从以上数据可以看出，由于焊缝的收缩和变形，导致产品尺寸发生变化。通过对智利自翻车侧开门的测量数据及结构进行分析，可知产生以上数据变化的原因有两个：一是焊接变形影响；二是组装时未采取有效工艺措施。

4.1 组装时产生偏差的原因及解决方法

1） 由于门合页装配是嵌入侧开门下横梁组焊而成，下横梁的直线度和压弯角度会直接影响门合页的装配同轴度精度，虽然装配时存在一定的间隙差值、留有一定的调整空间，但为了获得准确的定位，一定要采取相应的辅助手段和措施。在装配前利用侧开门组装承台进行延伸，使合页获得正确支撑面，有利于装配时对配件进行各方向的调整。侧开门7 个合页点焊定位后，利用激光水平仪进行水平高度方向的数据测量，差值需≤2 mm。从合页两端孔中心拉钢丝，检测所有孔同轴度≤2 mm。装配方案图见图5。

图5 装配方案图

2） 该部件结构为长大扁平结构，受焊接变形影响大，不易控制，经过测量发现，焊后长度方向焊缝收缩量超过12 mm。自由状态下测量旁弯变形超过18 mm，经分析发现，侧门板铺装完成后装配各梁柱等结构部件，所有焊缝基本集中于联接各梁柱和侧门板处。焊缝热影响区域大，受热影响较为集中，属于单边受热状态，钢结构内应力属于失衡状态，产品焊后变形严重，影响后续的结构总装[2]。结合实际情况，采取以下两方面措施，在组装环节进行改进：一是对长大部件侧门板及上、中、下横梁采用非拼接式下料方式，最大程度减少由于拼接焊缝收缩带来的尺寸变化；二是根据冷作钢构产品的特点，采用分步装配组焊的方式，最大可能地消除焊接变形带来的影响，即先组焊侧门板各连接构件，再组焊7 个合页工艺件。

4.2 解决焊接变形的措施和方法

全金属结构件熔化焊不可避免地会产生焊接变形，根据该产品的结构特点，分析和采用有效措施，减少变形给产品质量带来的影响。一是焊接过程中焊缝会发生收缩，焊后产品长度方向尺寸减小；二是部件装配间隙大，焊缝存在坡口，两方面因素叠加导致焊缝填充量加大，焊缝热影响区域收缩加剧也是造成变形量加大的主要原因之一；三是没有合理地对容易变形部件进行刚性加固；四是焊接规范，焊接顺序不合理造成焊缝收缩应力不均匀，焊缝结构内应力增加，增大变形量。

根据生产现场工装和现有设备情况，采用以下方式与措施，对变形进行控制（见图6）。首先，部件在装配前会根据图纸尺寸要求进行修割，去除多余材料，并按工艺技术要求，去除氧化渣，打磨切割断面，保证装配间隙≤2 mm；其次，整体施焊前，利用刚性固定的方式，对容易变形部件进行支撑加固，来实现控制变形的目的，预制一定量反变形来补偿焊后变形量；最后，规范合理焊接顺序，尽可能采用对称焊接的形式减少变形，控制焊接电流、电压、焊接速度，从而保证部件受热均匀，减少变形。

图6 变形控制措施

通过采取减少焊接变形的控制措施、优化组装工艺流程，有效地解决了产品尺寸变短、侧门板旁弯超差、同轴度超差等问题，经焊后测量和实际装车，开关门性能试验产品指标达到了技术要求（见图7）。

图7 新产品整装待发

5 结束语

该项目在实践过程中，采取了控制焊接变形和优化装配工艺等手段，提升产品实物质量，解决了焊接变形、旁弯超差、同轴度超差等一系列问题。该措施在批量生产中得到推广运用并实施，取得了良好的效果，为工厂以后同类型产品提供可借鉴经验，此方法符合工厂精益生产相关精神，高效并改善了工艺流程，可复制在其他产品中。只要在工作当中不断关注细节、不断创新、勤于思考，在过程中发现新的方法并加以验证和运用，就能达到事半功倍的工作效果。