南车资阳机车有限公司 （四川 641300） 李满清

一、概述

SDA1型机车是我公司针对澳大利亚而自主研发设计的交-直-交电传动干线货运内燃机车，机车最大运用功率为3000kW。该机车的转向架设计借鉴了我国HXD1C电力机车和美国EMD公司GT46CAce机车转向架的设计理念，设计标准高，与公司现有内燃机车转向架结构存在较大差异，而且质量要求高，制造工艺复杂。

构架是机车承载和传力的基体，也是转向架众多部件连结的主体骨架。同时构架还是一个受力复杂的结构部件，它不仅承载机车上部所有装备的重量，而且承载并传递机车运行中产生的垂向、纵向和横向三个不同方向和大小的动作用力，因此构架必须具有足够的强度和刚度。

二、SDA1型机车构架设计结构简介

（1）构架由左右对称布置的左/右侧梁、前端梁、后端梁、横梁1、横梁2和各种附加支座等组成，外形尺寸（60200+5）mm×2600mm。构架组焊后成完全封闭的框架式“目”字形箱型结构，如图1所示。

（2）为保证构架的强度和刚度，构架的板材选用16MnDR，既可保证有较高的屈服强度，又能有良好的焊接性能。

图1 SDA1型机车构架结构

（3）侧梁上下盖板和前/后端梁、横梁1/2的上下盖板进行错位对接，该焊缝采用大坡口多层多道焊，焊后进行超声波探伤检测，以保证焊接质量。

（4）为降低连接处的应力集中，侧梁与前/后端梁、横梁1/2连接处采用整体引/熄弧板、圆弧过渡的结构形式，焊后进行机械切除、平滑过渡。

（5）构架框架组焊后加工前进行整体退火处理，以消除焊接过程中产生的焊接应力。

三、SDA1型机车构架制造流程

经过对SDA1构架结构分析，考虑到车间现有的制造工艺装备，并结合内燃机车和7200kW电力机车构架制造工艺流程，确定了SDA1型机车构架制造工艺流程：来料检查→立板、盖板、电动机吊座拼接/探伤→横梁、侧梁立板、隔板等梁体组焊→横梁、侧梁等组焊→横梁、侧梁等调修、划线→横梁、侧梁等加工→构架框架组焊、探伤→构架框架一次划线→拉杆座等附件组焊→构架框架退火→构架框架二次划线→构架框架正面加工→构架一次附件组焊→构架反面加工→构架一次精整→构架二次附件组焊→构架三坐标检测→构架抛丸→构架二次打磨、精整→构架交检、交验→构架油漆。

四、SDA1构架组焊工艺分析

1.构架框架组焊工艺难点及措施

（1）工艺难点分析 第一，构架框架无专用组装胎，组装尺寸精确度较低。由于为小批量生产，周期短，并为减少资金投入，所以考虑在平台上进行组装。而构架框架组对要求对接缝间隙2～4mm。

第二，拉杆座装配精度要求高。构架上、下拉杆座是转向架牵引受力构件，其加工后要求斜槽壁厚度≥40mm，且拉杆座上孔距边缘厚度要求≥10mm，因此必须考虑合适的工艺，提高拉杆座的装配精度。

第三，焊接量大，焊接质量要求高。根据图样要求：侧梁与端梁、横梁的盖板对接焊缝均为熔透焊缝，最大焊缝23 加垫焊接，要求100%UT、100%MT检验；上、下拉杆座的焊缝8+a5，要求100%MT检验。

第四，对操作人员技能水平要求较高。由于采用平台组装，组装时无固定定位基准，所有装配尺寸全用划线，工件外形尺寸大，人工操作误差较大。

如无有效的工艺措施，控制装配尺寸及减小焊接变形，将造成产品的大量返工，产品质量难以达到图样技术要求。

（2） 采取的工艺措施 第一，侧梁、端梁和横梁均采用先组焊后划线、加工。各梁立板、盖板采用单边放量5mm，组焊后，用三维划线仪划部件加工线、框架组装线，确保装配间隙满足2～4mm。

第二，构架框架组焊分为一次、二次组装。其中一次组装是将各侧梁、端梁和横梁组装成构架框架，根据各梁已划的组装线进行组装，组装时保证对角线L1/L2、L3/L4、L5/L6之差≤2mm，先定位焊，后进行框架焊接、探伤（见图2）。

第三，二次组装是对探伤合格的构架框架，用三维划线仪划出上、下拉杆座的组装线，组装时拉杆座的中心样冲与组装线对齐，并保证对角线L7/L8、L9/L10、L11/L12、L13/L14之差≤2mm，再进行焊接、探伤。

第四，构架框架的焊接。为满足焊接质量的高要求，减小焊接变形，焊接人员和工艺均需严格明确。首先焊接中的焊接操作人员必须有相应位置的焊接资质；其次框架一次组装缝焊接进行对接焊缝的打底焊，以及部分立板角焊缝定位焊接，再吊至翻转胎后先翻转焊接立焊缝，再焊接对接焊缝；各对接焊缝层道及清理严格按WPS文件规定执行，确保焊缝质量。焊接过程均由4人同时对称焊接。

图2 构架框架组焊结构

通过细化工艺，以及严格各过程操作控制，构架框架各关键尺寸得到有效控制，满足图样要求。

2.侧梁组焊工艺难点及措施

（1）工艺难点分析 第一，结构复杂。侧梁长为（6020+50）mm，高为（719±2）mm。梁内部隔板共22件；上盖板由3段拼接而成，板厚20mm；下盖板厚25mm，立板厚12mm。其结构如图3所示。

图3 构架侧梁

第二，焊接质量要求高。侧梁认证等级为EN15085 CL1；盖板对接熔透焊缝要求100%UT、100%MT检测；拉杆座脚、侧梁主焊缝、加强板的焊缝质量等级CPC1，均要求焊后100%MT检测。

第三，焊接量大。侧梁主焊缝要求10+a5，拉杆座脚10+a5。由于主焊缝焊脚大，内焊缝多，所以焊接变形不易控制。

第四，由于侧梁尺寸要求高，立弯和旁弯≤3mm。因此必须有相应的焊接、调修工艺，以减小焊接变形，保证焊后产品质量符合图样要求。

（2）采取的工艺措施 第一，制作专用组装、焊接工装。根据侧梁的变形、受力情况，合理设置压紧点，减小焊接变形。

第二，侧梁内焊缝的焊接。按照WPS文件要求，两名焊工同时由中间往两边对称施焊。焊接顺序：先焊隔板与下盖板的焊缝，再焊下盖板与立板的焊缝，最后焊隔板与立板的焊缝（1-2-……-11），减小焊接变形，如图4所示。

图4 侧梁内焊缝的焊接

第三，侧梁主焊缝焊接。采用CLOOS焊接机械手，在船型位置对所有焊缝进行焊接。焊时采用4层、对称施焊、层间冷却及焊后冷却等措施来保证焊接质量，减小焊接变形。焊接顺序如图5所示，具体参数如附表所示。

图5 侧梁内焊缝的焊接

SDA1机车构架侧梁主焊缝CLOOS机器人焊接参数

第四，制定专用调梁工艺和工装，对划线检查后侧梁立弯、旁弯＞3mm的进行调修，直至符合图样要求。

通过采用以上焊接工艺及调梁工艺，有效减小了侧梁在焊接过程中的变形，侧梁尺寸、变形得到有效控制。

3.横梁组焊工艺难点及措施

（1）工艺难点分析 第一，横梁长1868-0-1mm，高320mm。设计结构中牵引座1、2贯穿于两侧立板，上盖板厚25mm，下盖板厚20mm，立板厚16mm，如图6所示。

图6 横梁1结构

第二，焊接质量要求高。横梁1认证等级为EN15085 CL1；立板与牵引座1、2的熔透焊缝要求100%UT、100%MT检测，立板、牵引座与上、下盖板的焊缝要求100%MT检测。

第三，焊接量大，焊接变形大。立板与牵引座的熔透焊缝为 16或 14，立板、牵引座与上、下盖板的焊缝为 14+a4，且梁内加强筋板少。焊接量大，焊接变形控制困难。

（2）相应的工艺措施 第一，制作专用组焊工装，将3件立板1与2件牵引座组焊成一整体——立板组成，并进行焊接、探伤。

第二，对立板组成进行焊后矫正、调修，直至平面度≤1mm。

第三，横梁1的组装、焊接。将立板组成、立板2与下盖板按图样尺寸进行组装，控制立板2与牵引座的组装间隙2～4mm，定位焊固定、焊接；组装上盖板，焊接外部焊缝、探伤。焊接人员具备相应资质，焊接过程由两人同时对称施焊，以减小焊接变形。

五、结语

通过SDA1型机车构架试制验证，其加工尺寸经过三维检测完全符合图样要求，同时构架焊缝也通过相应探伤检测，证明采取的工艺措施是正确的、合理的，产品质量得到了用户的肯定。同时，该制造工艺已全面成功应用于后两小批量的SDA1构架的生产。