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摘要：铁路货车底架中梁和上心盘是最主要的承载部件之一，不但要承受垂向载荷，还要承担纵向载荷，所以中梁和上心盘的设计以及制造质量非常关键。本文针对公司研制的出口澳大利亚敞车，在介绍箱型中梁和上心盘压装组焊式结构的基础上，通过对压装工艺难点和变形分析，提出了优化、控制压装和组焊工艺措施，并通过批量生产工艺验证，确保上心盘与下盖板贴合间隙小于0.5mm的技术要求，进而确保了出口澳大利亚敞车上心盘压装和中梁组焊产品质量。
关键词：敞车；上心盘；压装工艺
铁路货车在运行过程中，各主要零、部件承受着复杂的载荷作用。敞车底架中梁和上心盘是最主要的承载部件之一，不但要承受垂向载荷，还要承担纵向载荷，所以中梁和上心盘的设计以及制造质量非常关键[1]。在设计和制造过程中，为确保中梁和上心盘组成结构受垂向载荷、纵向载荷承载能力，不发生因受力不均造成的破坏开裂，必须确保中梁和上心盘装配密贴，局部间隙不大于0.5mm的技术要求。国内C70型敞车、C80型敞车均采用屈服强度为450MPa的热轧乙字型钢作为中梁和上心盘铆接结构，见图1。我公司研制的出口澳大利亚敞车根据轻量化设计原则，为降低车辆自重，中梁采用屈服强度为450MPa高强耐候钢组焊箱型中梁和上心盘压装组焊式结构。本文在介绍箱型中梁和上心盘压装组焊式结构，分析压装工艺难点和变形的基础上，提出了优化、控制压装和组焊工艺措施。
1 箱型中梁和上心盘压装结构介绍
出口澳大利亚敞车中梁结构，由箱型组焊中梁、心盘座和上心盘压装、组焊而成，见图2。
中梁为上、下盖板和腹板组焊而成的箱型中梁，心盘座为AAR M 201标准C级铸钢结构，上心盘为25Mn锻造结构。中梁腹板、心盘座、上心盘与中梁下盖板装配和组焊结构见图3，工艺流程为先组焊箱型中梁，焊接编号为1和2的焊缝（以下简称焊缝1、2） ，然后将心盘座压入箱型中梁，并完成编号为3的焊缝焊接（以下简称焊缝3）；检测中梁下盖板平面度小于0.5mm后再将上心盘压入心盘座，检测上心盘与下盖板装配间隙小于0.5mm后组焊上心盘与中梁下盖板编号为4的焊缝。
2工艺难点分析
上心盘压入心盘座后，能否有效控制上心盘与中梁下盖板间隙小于0.5mm是压装和装配关键技术指标。通过上述对箱型中梁和上心盘压装组焊式结构的介绍，中梁为组焊箱型中梁，焊接焊缝1、2和3时，中梁下盖板极易发生变形。由于上心盘为机加工平面，平面度易于保证，可见控制下盖板变形，确保平面度小于0.5mm是整个制造过程的难点。在首台样车试制过程中，因未能有效控制下盖板变形，导致样车试制上心盘压装后与下盖板间隙大于技术要求0.5mm，局部检测为1.0mm，见图4。
3中梁下盖板变形和压装工艺
3.1 下盖板变形分析
下盖板为14mm板厚的Q450NQR1高强耐候钢，板材在等离子切割下料过程中，由于钢板材质受热不均，产生热应力，导致板材发生轻微的波浪变形，同时，下盖板为压型折弯件，压型过程中因塑形变形和残余应变，导致下盖板再次发生变形。
3.2下盖板组焊工艺分析
在箱型梁的焊接中，焊接变形一般是由焊缝的纵向或横向收缩造成的，装配质量不好，工件位置放置不当，焊接顺序不合理，都会引起扭曲变形[2]。中梁焊接过程中由于焊缝的收缩，很容易导致中梁下盖板变形，下面分别对1、2和3的焊缝焊接时，中梁下盖板发生的变形趋势进行分析。
3.2.1中梁腹板与下盖板T型坡口内侧焊缝1
焊缝1为T型坡口焊缝，因为箱型内腔要压装心盘座，必须打磨平整焊缝的余高，确保焊缝与腹板平齐。完成焊缝1后，由于焊缝收缩导致下盖板发生局部变形，自由状态下变形横断面趋势如图5所示，在样车试制阶段由于工装中没有向下的约束结构，下盖板的变形未能有效控制。
3.2.2中梁腹板与下盖板T型坡口外侧焊缝2
焊缝2为T型坡口加角焊缝，焊接焊缝2时，同样由于焊缝收缩会导致下盖板再次发生局部角变形，下盖板角变形趋势如图5所示。
3.3 心盘座与下盖板环型角焊缝3
心盘座与中梁下盖板为环形角焊缝，心盘座与中梁下盖板压装间隙是决定焊接后下盖板变形的关键，必须密贴，否则很容易导致下盖板发生变形。
可见，出口澳大利亚敞车上心盘压装工艺的关键是控制下盖板在下料、箱型梁组焊过程中的变形控制，通过分析，箱型梁组焊过程中的变形因素主要为焊接焊缝1、2和3时发生的变形，必须对这些影响因素进行工艺优化，采取措施有效控制下盖板变形。
4 工艺优化及措施
4.1下盖板下料、压型变形控制工艺措施
针对中梁下盖板等离子切割下料过程中和压型过程中发生的变形，在箱型梁组焊装配前，采用油压机对上心盘与下盖板贴合区域进行调平处理，保证中梁下盖板的平面度小于0.5mm。焊接前对下盖板平面度进行检测，共检测6个点，如图6所示，检测的数值见表1，最小值为B5=0.1mm，最大值为B4=0.5mm。
4.2 优化工装夹具和焊接顺序
焊接中梁腹板与下盖板T型坡口内侧焊缝1时，采用小规范焊接参数，多层多道焊接，尽量减少焊接热输入，降低变形，同时在工装上增加下盖板固定装置，控制焊接变形。对中梁腹板与下盖板T型坡口外侧焊缝2先不焊接，将上心盘压装到箱型中梁内腔后，在提高整个结构刚性的条件下，再完成焊接，可有效减少下盖板焊接变形。焊缝1焊接后对下盖板平面度进行检测，共检测6个点，如图7所示，检测的数值见表2，最小值为h5=0.1mm，最大值h4=0.8mm。
4.3心盤座压装及组焊工艺优化
为确保心盘座压装与下盖板密贴，采用油压机压装心盘座，保证心盘座与中梁下盖板密贴，局部间隙小于0.3mm。中梁下盖板与中梁心盘座的焊缝，焊接前用塞尺检查组装间隙，满足要求后再完成焊缝3的焊接，可有效控制下盖板变形。心盘座压装、焊缝3焊接后对下盖板平面度进行检测，共检测6个点，如图8所示，检测的数值见表3，最小值H4 =0.1mm，最大值H5 =0.4mm。
4.4中梁下盖板修磨
压装上心盘前，检查中梁下盖板的平面度，对平面度局部超差的情况，采用抛光砂轮对中梁下盖板进行修磨，根据澳大利亚AS 1554.1钢结构焊接标准规范修磨量不能大于板厚的5%，即0.7mm。
5 结论
（1）对中梁下盖板下料、压型过程中的变形控制和调平工艺，有效控制了箱型梁组焊前下盖板配件平面度；
（2）优化中梁下盖板与腹板焊接工装夹具和先压装心盘座与下盖板密贴再焊接的措施，降低了中梁下盖板与腹板焊接造成下盖板变形；
（3）压装上心盘前，对上心盘与下盖板贴合面平面度进行检测，对局部变形较大区域进行修磨，确保上心盘与下盖板贴合面间隙小于0.5mm技术要求。
通过批量生产，上述工艺方法相互配合，共同作用，能够确保上心盘与下盖板贴合间隙小于0.5mm的技术要求，进而确保了出口澳大利亚敞车上心盘压装和中梁组焊产品质量。
参考文献：
[1] 王春山，陈雷.铁路重载提速货车技术[M]. 北京：中国铁道出版社，2010.3.
[2] 中国机械工程学会焊接学会编.焊接手册第3卷焊接结构[M] .北京：机械工业出版社，2001.8.
作者简介：张江银（1982-），男，高级工程师，本科。
关键词：敞车；上心盘；压装工艺
铁路货车在运行过程中，各主要零、部件承受着复杂的载荷作用。敞车底架中梁和上心盘是最主要的承载部件之一，不但要承受垂向载荷，还要承担纵向载荷，所以中梁和上心盘的设计以及制造质量非常关键[1]。在设计和制造过程中，为确保中梁和上心盘组成结构受垂向载荷、纵向载荷承载能力，不发生因受力不均造成的破坏开裂，必须确保中梁和上心盘装配密贴，局部间隙不大于0.5mm的技术要求。国内C70型敞车、C80型敞车均采用屈服强度为450MPa的热轧乙字型钢作为中梁和上心盘铆接结构，见图1。我公司研制的出口澳大利亚敞车根据轻量化设计原则，为降低车辆自重，中梁采用屈服强度为450MPa高强耐候钢组焊箱型中梁和上心盘压装组焊式结构。本文在介绍箱型中梁和上心盘压装组焊式结构，分析压装工艺难点和变形的基础上，提出了优化、控制压装和组焊工艺措施。
1 箱型中梁和上心盘压装结构介绍
出口澳大利亚敞车中梁结构，由箱型组焊中梁、心盘座和上心盘压装、组焊而成，见图2。
中梁为上、下盖板和腹板组焊而成的箱型中梁，心盘座为AAR M 201标准C级铸钢结构，上心盘为25Mn锻造结构。中梁腹板、心盘座、上心盘与中梁下盖板装配和组焊结构见图3，工艺流程为先组焊箱型中梁，焊接编号为1和2的焊缝（以下简称焊缝1、2） ，然后将心盘座压入箱型中梁，并完成编号为3的焊缝焊接（以下简称焊缝3）；检测中梁下盖板平面度小于0.5mm后再将上心盘压入心盘座，检测上心盘与下盖板装配间隙小于0.5mm后组焊上心盘与中梁下盖板编号为4的焊缝。
2工艺难点分析
上心盘压入心盘座后，能否有效控制上心盘与中梁下盖板间隙小于0.5mm是压装和装配关键技术指标。通过上述对箱型中梁和上心盘压装组焊式结构的介绍，中梁为组焊箱型中梁，焊接焊缝1、2和3时，中梁下盖板极易发生变形。由于上心盘为机加工平面，平面度易于保证，可见控制下盖板变形，确保平面度小于0.5mm是整个制造过程的难点。在首台样车试制过程中，因未能有效控制下盖板变形，导致样车试制上心盘压装后与下盖板间隙大于技术要求0.5mm，局部检测为1.0mm，见图4。
3中梁下盖板变形和压装工艺
3.1 下盖板变形分析
下盖板为14mm板厚的Q450NQR1高强耐候钢，板材在等离子切割下料过程中，由于钢板材质受热不均，产生热应力，导致板材发生轻微的波浪变形，同时，下盖板为压型折弯件，压型过程中因塑形变形和残余应变，导致下盖板再次发生变形。
3.2下盖板组焊工艺分析
在箱型梁的焊接中，焊接变形一般是由焊缝的纵向或横向收缩造成的，装配质量不好，工件位置放置不当，焊接顺序不合理，都会引起扭曲变形[2]。中梁焊接过程中由于焊缝的收缩，很容易导致中梁下盖板变形，下面分别对1、2和3的焊缝焊接时，中梁下盖板发生的变形趋势进行分析。
3.2.1中梁腹板与下盖板T型坡口内侧焊缝1
焊缝1为T型坡口焊缝，因为箱型内腔要压装心盘座，必须打磨平整焊缝的余高，确保焊缝与腹板平齐。完成焊缝1后，由于焊缝收缩导致下盖板发生局部变形，自由状态下变形横断面趋势如图5所示，在样车试制阶段由于工装中没有向下的约束结构，下盖板的变形未能有效控制。
3.2.2中梁腹板与下盖板T型坡口外侧焊缝2
焊缝2为T型坡口加角焊缝，焊接焊缝2时，同样由于焊缝收缩会导致下盖板再次发生局部角变形，下盖板角变形趋势如图5所示。
3.3 心盘座与下盖板环型角焊缝3
心盘座与中梁下盖板为环形角焊缝，心盘座与中梁下盖板压装间隙是决定焊接后下盖板变形的关键，必须密贴，否则很容易导致下盖板发生变形。
可见，出口澳大利亚敞车上心盘压装工艺的关键是控制下盖板在下料、箱型梁组焊过程中的变形控制，通过分析，箱型梁组焊过程中的变形因素主要为焊接焊缝1、2和3时发生的变形，必须对这些影响因素进行工艺优化，采取措施有效控制下盖板变形。
4 工艺优化及措施
4.1下盖板下料、压型变形控制工艺措施
针对中梁下盖板等离子切割下料过程中和压型过程中发生的变形，在箱型梁组焊装配前，采用油压机对上心盘与下盖板贴合区域进行调平处理，保证中梁下盖板的平面度小于0.5mm。焊接前对下盖板平面度进行检测，共检测6个点，如图6所示，检测的数值见表1，最小值为B5=0.1mm，最大值为B4=0.5mm。
4.2 优化工装夹具和焊接顺序
焊接中梁腹板与下盖板T型坡口内侧焊缝1时，采用小规范焊接参数，多层多道焊接，尽量减少焊接热输入，降低变形，同时在工装上增加下盖板固定装置，控制焊接变形。对中梁腹板与下盖板T型坡口外侧焊缝2先不焊接，将上心盘压装到箱型中梁内腔后，在提高整个结构刚性的条件下，再完成焊接，可有效减少下盖板焊接变形。焊缝1焊接后对下盖板平面度进行检测，共检测6个点，如图7所示，检测的数值见表2，最小值为h5=0.1mm，最大值h4=0.8mm。
4.3心盤座压装及组焊工艺优化
为确保心盘座压装与下盖板密贴，采用油压机压装心盘座，保证心盘座与中梁下盖板密贴，局部间隙小于0.3mm。中梁下盖板与中梁心盘座的焊缝，焊接前用塞尺检查组装间隙，满足要求后再完成焊缝3的焊接，可有效控制下盖板变形。心盘座压装、焊缝3焊接后对下盖板平面度进行检测，共检测6个点，如图8所示，检测的数值见表3，最小值H4 =0.1mm，最大值H5 =0.4mm。
4.4中梁下盖板修磨
压装上心盘前，检查中梁下盖板的平面度，对平面度局部超差的情况，采用抛光砂轮对中梁下盖板进行修磨，根据澳大利亚AS 1554.1钢结构焊接标准规范修磨量不能大于板厚的5%，即0.7mm。
5 结论
（1）对中梁下盖板下料、压型过程中的变形控制和调平工艺，有效控制了箱型梁组焊前下盖板配件平面度；
（2）优化中梁下盖板与腹板焊接工装夹具和先压装心盘座与下盖板密贴再焊接的措施，降低了中梁下盖板与腹板焊接造成下盖板变形；
（3）压装上心盘前，对上心盘与下盖板贴合面平面度进行检测，对局部变形较大区域进行修磨，确保上心盘与下盖板贴合面间隙小于0.5mm技术要求。
通过批量生产，上述工艺方法相互配合，共同作用，能够确保上心盘与下盖板贴合间隙小于0.5mm的技术要求，进而确保了出口澳大利亚敞车上心盘压装和中梁组焊产品质量。
参考文献：
[1] 王春山，陈雷.铁路重载提速货车技术[M]. 北京：中国铁道出版社，2010.3.
[2] 中国机械工程学会焊接学会编.焊接手册第3卷焊接结构[M] .北京：机械工业出版社，2001.8.
作者简介：张江银（1982-），男，高级工程师，本科。