悬挂列车摇枕焊接尺寸控制研究

王秀峰郝昊于腾飞

摘要：

焊接技术发展迅速，因其成本低、操作简单的高性价比特点，在轨道行业应用较为广泛。但是焊接变形也随之而来，焊接产品的尺寸成为产品质量关键控制点。本文通过对列车摇枕焊接生产过程中Z向尺寸偏差入手，从尺寸链角度分析，优化组装顺序、优化各部位组装放量，极大的提高了摇枕划线一次合格率，有效保证了摇枕的产品质量及生产效率。

关键词：摇枕、焊接变形、尺寸控制、尺寸链、组装顺序

一、前言

摇枕是悬挂列车二系悬挂重要部件，底端与车体连接，顶端与转向架的构架连接，实现悬挂车的构架与车体连接在一起，达到整车悬挂的目的。摇枕焊接过程中由于钢板受热，整体受热不均，必然会形成工件变形、尺寸偏差。为了纠正上述尺寸偏差，一般采用调修的方式。首先通过三维划线仪，对工件尺寸进行检测，标定变形量及变形方向。使用压力机，配合火焰加热，对部件进行调修，以保证产品符合要求。

为应对焊接变形，工艺人员结合产品结构拟定了部分应对措施，首先针对焊接变形情况，策划分三次组装，整体先组大再组小；其次焊接过程中采取较多的刚性固定，减少焊接变形。采取以上措施后，焊接变形一定程度上得到控制，但部分尺寸仍不符合质量要求。为持续优化尺寸质量，工艺人员采用尺寸链校核的方式，对超差尺寸进行分析研究，针对性制定解决措施。

二、尺寸链相关概念介绍

尺寸链是一组互相联系且按一定顺序排列的封闭尺寸的组合。其中各个尺寸的误差相互累积，形成误差相互制约的尺寸链关系。尺寸链具有以下特征：尺寸链几何图形是封闭的；构成封闭图形的各尺寸误差累积集中反映在某一尺寸上。

尺寸链类型随分类原则不同而异。按构成尺寸链组成环的几何特征可分为：长度尺寸链、角度尺寸链；按不同生产过程的应用范围，尺寸链可分为：装配尺寸链、零件尺寸链以及工艺尺寸链：按构成尺寸链各环的空间位置，可将尺寸链分成：直线尺寸链、平面尺寸链和空间尺寸链。本文控制研究的摇枕焊接尺寸属于直线尺寸链。

三、摇枕焊接过程尺寸链控制研究

3.1焊接过程尺寸链分析

为了更准确获得摇枕焊接后尺寸现状，对生产的32个进行摇枕进行记录，统计得检测736个尺寸，合格530个，一次划线通过率为71.9%。继续对相应尺寸偏差进行分类整理，摇枕尺寸偏差均集中在摇摆止挡Z向尺寸。

进而研究摇摆止挡焊接过程与尺寸关系，摇摆止挡通过连接板连焊接至摇枕梁体。焊接顺序为摇枕-组焊连接板-组焊摇摆止挡。焊接后，摇摆止挡尺寸=原始尺寸+焊接收缩量。这个过程中焊接收缩量为两次焊接收缩量之和。

试验小组对摇摆止挡收缩量进行调研。小组记录多个摇摆止挡焊接前后尺寸，摇摆止挡Z向向下收缩1.3mm左右，最大1.5mm，最小1，基本稳定。

表1  摇摆止挡焊接尺寸变形统计表

序号	项点	焊接前	焊接后	变形量
1	摇摆止挡	69	70.5	1.5
2	摇摆止挡	70	71	1
3	摇摆止挡	70	71.5	1.5
4	摇摆止挡	69	70.5	1.5
5	摇摆止挡	69.5	71	1.5
6	摇摆止挡	70	71	1
7	摇摆止挡	69.5	70.5	1
8	摇摆止挡	70	71.5	1.5
9	平均			1.3

试验小组模拟摇枕组焊前后尺寸变形情况。组焊前摇摆止挡尺寸为70±1，按照上述变形1.5计算，焊接后摇摆止挡尺寸应为70（-2.5，-0.5），与预期要求70±1.5的要求相差较多。即摇摆止挡给定的组装放量不能抵消焊接变形，造成焊接后摇摆止挡尺寸超差。

3.2焊接过程优化

从上述分析中不难看出，摇摆止挡焊接收缩量明显大于组装放量，必然会造成焊接后摇摆止挡尺寸偏差。控制手段一是优化组装顺序，减少焊接变形，二是适当调整组装放量，使放量与焊接收缩量匹配，即可提升焊接后尺寸合格率。

3.2.1优化组装顺序，减少焊接变形

优化前，摇摆止挡组装时，与连接筋板一起组装到摇枕主体上，焊接时焊接摇摆止挡与筋板焊缝、筋板与摇枕焊缝，两焊缝均存在一定的收缩变形，收缩量较大。

将摇摆止挡提前与连接筋板组焊在一块，再将小组件整体组装到摇枕上，可以通过小组件组装间隙调整，弥补部分焊接收缩量，减少整体Z向收缩量。统计调整前后的Z向变形如下：

表2 摇摆止挡组焊工艺调整前后数据对比

优化前				优化后
序号	焊接前	焊接后	收缩量	序号	焊接前	焊接后	收缩量
1	70.5	71.5	1.0	1	70.0	70.5	0.5
2	70.0	71.0	1.0	2	69.5	70.5	1.0
3	71.0	72.0	1.0	3	70.0	71.0	1.0
4	70.0	71.5	1.5	4	70.5	71.0	0.5
5	69.0	70.5	1.5	5	70.0	70.5	0.5
6	69.5	71.0	1.5	6	71.0	71.5	0.5
7	70.0	71.0	1.0	7	70.0	71.0	1.0
8	69.5	70.5	1.0	8	69.5	70.5	1.0
9	70.5	72.0	1.5	9	70.0	70.5	0.5
10	71.0	72.0	1.0	10	70.0	71.0	1.0
11	69.5	71.0	1.5	11	71.0	71.5	0.5
12	71.0	72.0	1.0	12	70.0	71.0	1.0
		平均数	1.2			平均数	0.75

从上表中可以看出，改善后变形量平均0.75。通过上述举措，将摇摆止挡与连接筋板一起组装到摇枕焊接调整为摇摆止挡与连接筋板提前焊接后组装到摇枕上，降低了焊接变形量。

3.2.2 优化组装放量，抵消焊接变形

根据摇摆止挡70±1.5的要求，以及摇摆止挡焊接0.75的变形收缩量，将摇摆止挡组装放量优化至70（-0.5，+1）。通过生产验证，调整后摇摆止挡符合焊接后均符合要求。

表3 调整放量后摇摆止挡尺寸记录

	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
摇摆止挡 70±1.5	70	70.5	70	69.5	70.5	71	70	70.5	69.5	70

四、结论

通过对摇枕摇摆止挡Z向尺寸链校核，发现摇摆止挡组装放量不能有效抵消焊接收缩量，进而从减少焊接收缩量、调整组装放量入手，提出了优化组装顺序、更改组装放量的方法，有效解决了摇摆止挡Z向尺寸偏差的问题，整体提升了摇枕一次划线合格率。

通过对后期3个月的跟踪，摇摆止挡尺寸不合格数量占比81.7%降低至28.9%，摇枕一次划线合格率也从71.9%提升到91.2%，基本消除摇枕焊接尺寸的调修，大幅提升了生产效率，解决了生产瓶颈，降低了摇枕的生产周期。同时摇枕尺寸控制要求优化措施，可作为焊接构架尺寸链优化方法，具有广泛的推广意义。

参考文献

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