快运货车转向架焊接质量提升研究

尤铁城、 张敬华、刘冬辉、张华、陈启新

中车齐齐哈尔车辆有限公司 黑龙江齐齐哈尔 161002

摘要：快运货车是当今世界铁路货车发展的重要方向，是建设现代物流企业的重要手段，国外在这方面已取得了巨大成就。近几年，国内电商业务迅速发展，越来越多的电商及快递物流企业提出160ｋｍ／ｈ快运棚车的使用需求，这样研制一种与160ｋｍ／ｈ快运棚车匹配的快捷货车转向架极为必要。基于加15年长江公司完成了160ｋｍ／ｈ新型快捷货车转向架的研制基础，2018年公司又研制了新型快运货车构架式转向架。新型快运货车构架式转向架与其他货车转向架相比，承载条件恶劣且结构复杂，焊缝质量和疲劳性能要求很高。这次从结构上基本保持原来的形式，但尺寸和板厚均加大了，这给轴向安装座焊缝焊接造成了很大的难度，要想保证内部无缺陷而且还能达到设计要求，必须对此焊缝位置进行优化才能保证质量和疲劳性能本文主要分析快运货车转向架焊接质量提升。

关键词：失效;接头型式;未熔合

引言

基于货运市场需求，尤其是货运的物流化发展，快捷货物运输已经成为世界铁路运输的主要发展方向之一。目前我国铁路开行的行包行邮专列在运输能力、服务水平方面与客户的要求还存在差距，尚不能完全满足社会需求，快捷货运市场潜力巨大。通过快捷运送小批量、高附加值的货物，提高运输资源利用率，可以提高铁路货物运输的竞争力。转向架构架作为车辆系统中一个至关重要的核心部件，它集承载、牵引、缓冲、转向及制动等功能于一身，并直接承载车体质量，保证车辆顺利通过曲线轨道。近年来，铁路货车主机厂纷纷研制开发160km/h快捷货车转向架，其在车辆运行过程中承受着复杂的交变高频载荷，其中焊接接头作为薄弱环节，对其疲劳性能的评价工作尤为重要。

1、工艺及质量提升

焊缝接头形式优化对承载焊缝进行接头形式的优化，为自动焊实施提供条件。针对既有焊接坡口形式在实际生产中出现的问题进行改进，提出优化承载焊缝的措施，对可达性较差，实际生产中返修率较高的焊缝进行试验，找出原因并提出解决措施。焊接工艺提升主要承载焊缝与母材过渡圆滑，无焊脚缺陷。焊缝外观质量好，并成微凹状，增加疲劳性能。长大焊缝采用机器人自动焊方法进行焊接，做到一次成形，减少焊缝接头。优化自动焊程序，采用联动方式进行焊接，使焊位始终处于船型，改善焊缝成形。焊缝打磨工艺优化对于自动焊盲区和重要承载焊缝打磨成微凹。焊缝表面光滑，与母材过渡平缓建立粗磨－修型－细磨－抛光系统打磨工艺方法。制作打磨样板，对图样规定的焊缝打磨弧度进行检测，合格后对转向架工件焊缝进行打磨。

2、转向架焊接制造现状及需求分析

焊接作为一种重要的生产工艺，在轨道交通装备制造技术体系中占有重要的地位。以转向架焊接车间B5产线为试点，研究转向架焊接机器人集群控制技术，以期达到“（准）黑灯化”，进而为全面推广和提升企业焊接生产智能化奠定技术基础。目前焊接生产线由若干台IGM焊接机器人、移位器、RGV和缓存架等组成，采用工作单元无人、作业区域少人的作业方式，面对设备长时间、全位置自动化焊接作业，迫切需要进行升级改造。（1）焊接机器人集群控制转向架焊接机械手属于进口设备，无法授信二次开发实现集群控制，作业状态信息不能提取进行数据驱动，无法实现集群控制管理，相关设备产能、生产节拍等未纳入统一管控，无法发挥各设备最大效能。（2）焊接产线系统集成管控设备长期运行中容易出现焊接异常，存在焊接过程中质量隐患。焊接前由于工件上下料不能自动识别，需要人工物料转运、产品识别和程序调用，未实现对焊接对象的自动识别和防错，焊接程序存在调用错误风险。（3）焊接质量在线监测与评估焊接过程中多层多道焊接时缺乏过程自动监测和检测，易导致层间缺陷累积影响焊接质量，焊接后对发生的质量问题分析缺少有效、直观的载体支撑。

3、焊接工艺程序的远程推送与调用技术

焊接装备工艺程序的远程推送与调用，一是需要稳健的DNC网络，防止程序上传下达不通或缺失；二是需要建立一套符合生产现场的作业流程，确保程序调用正确；三是建立焊接程序管理系统，保证焊接程序及参数的规范和质量；四是需要一套基于RFID的构架识别与校验的技术手段。

基于稳健DNC网络的程序通信与管理方法，对加工现场的数控系统进行合适的组网部署与改造提升，以适应FANUC、SIEMENS和FIDIA等控制系统的要求，实现数控设备联网与远程通信。在此基础上，通过部署基于现场的数控系统实时监控设备，对机器人本体及工艺参数进行数据采集和监控管理。基于现有的标准以太网环境，在焊接机器人数控系统的通信模块基础上，采用“智能终端”的串口服务器方案，实现对数控系统的统一集中通信。智能终端将焊接机器人作为车间局域网环境的一个节点联入到车间以太网络中。DNC数据传输功能需要实现：1）远程请求，操作员直接在机器人控制面板上可以下载所需要的加工程序；2）远程查询，在控制面板上能够查询DNC服务器或焊接工艺库上的程序清单、程序大小和编程日期等；3）自动接收，程序上传时，能够自动或通过RFID识别触发接收、自动命名和自动保存数控程序，DNC服务器无需专人职守；4）远程比较，在机器人操作面板上可以将机器人内的程序和服务器的程序进行比较，并将比较结果显示在执行终端上；5）多重校验机制，程序每次传输都有成功或失败报告，确保程序传输准确可靠。网络化的统一数据管理和双向数据传输，实现数控加工程序由服务器到机器人的远程双向上传/下载及数控设备参数的备份/恢复等功能，保证机器人最佳的工作负荷和效率，并能保证数据传输稳定快捷，准确无误，确保系统数据传输的稳定可靠。

基于RFID的构架识别与校验方法，焊接生产线涵盖自动输送系统RGV，将构架自动组装机器人、自动焊接机器人、自动检测系统、缓冲台、顺心夹具、人工台位和暂存台等集成，实现按节拍自动流转，所有工序和缓冲台位物料、RGV状态均由RFID进行状态采集并由生产线控制系统进行管控。首先对工件进行改造，设计RFID安装凸台，安装RFID芯片，通过在缓存架上部署RFID读写器及数据融合中间件，自动扫描工件，实现工件全流程跟踪监控，并与焊接工位“人-机-料-法-环”要素绑定，方便自动调用不同工件的工艺流程、物流及焊接工艺参数及数控程序，通过DNC网络，将数控程序传输至焊接机器人等设备。项目以工业级抗金属RFID电子标签为载码体，实现对构架（横梁/侧梁）的识别与校验，并触发焊接工艺参数远程调用。RFID采用定制的RFID螺钉标签，采用超高频无源抗金属型号，在构架两侧绑定同一ID标签，拧在构架两边高度阀上。在准备工位、加工工位和装卸工位分别设置RFID芯片读取装置，实时追踪构架位置。

结束语

对快捷货车转向架用Q345E钢板熔化极非惰性气体保护电弧焊接头进行疲劳性能试验，制定了焊接接头的疲劳S-N曲线，并采用升降法确定了接头的疲劳极限及标准偏差分别为367.5MPa和0.70MPa，通过对不同疲劳载荷条件下疲劳试样的断口分析确定了接头的疲劳失效机制，接头焊缝内的微小气孔和夹渣缺欠在疲劳试验过程中将成为疲劳裂纹的萌生位置，恶化接头的疲劳性能，本研究对于工程应用具有一定的借鉴和指导意义。

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