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[摘 要]随着铁路货车技术的发展，出口铁路货车中梁采用屈服强度为450MPa高强耐候钢组焊箱型中梁的结构应用越来越广泛，箱型中梁因为焊缝集中，焊接变形大，质量难以控制，尤其是中梁扭曲变形对底架组装有很大的影响，对车辆运行存在安全风险。本文介绍了铁路货车箱型中梁的结构特点，中梁扭曲变形原因，并在原因分析的基础上提出了箱型中梁扭曲的控制方法，并将实践中的成功经验纳入指导性文件进行广泛应用，确保生产的顺利进行。
[关键词]铁路货车；中梁；扭曲；方法
中图分类号：TD327.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）14-0357-01
随着铁路货车技术的发展，根据轻量化设计原则，为降低车辆自重，出口铁路货车中梁采用屈服强度为450MPa高强耐候钢组焊箱型中梁的结构应用越来越广泛，箱型中梁因为焊缝集中，焊接变形大，扭曲变形难以控制，尤其是中梁扭曲变形对底架组装有很大的影响，对车辆运行存在安全风险。本文在分析箱型中梁产生扭曲变形原因的基础上提出了箱型中梁扭曲的控制方法。
1 结构特点
国内铁路货车中梁一般采用热轧乙字型钢组焊而成，由于中梁不是封闭结构，组焊完可以通过中梁矫正胎调整中梁扭曲变形。
根据轻量化设计原则，为降低车辆自重，我公司出口铁路货车中梁一般采用箱型结构，箱型中梁通过板材拼接成箱型结构，由上盖板、下盖板、腹板（左）、腹板（右）等组焊而成，如图1所示，箱型中梁长度在8000mm～15000mm之間，腹板高度在300mm-800mm之间，中梁腹板与中梁下盖板采用双面角焊缝，中梁腹板与中梁上盖板采用单面坡口焊缝加角焊缝。由于中梁为封闭结构，组焊完后中梁扭曲变形很难通过工装设备调整。
2 箱型中梁工艺难点分析
铁路货车中梁为车体的重要部件，承受主要的载荷，中梁的制造质量关系到车体运行安全，而箱型中梁主要控制难点为中梁的扭曲变形控制，如果中梁扭曲超差，影响底架组装，会导致底架组装完后，车体倾斜，在运行中会存在倾覆的风险。
箱型中梁由于焊缝集中，导致中梁焊接变形大，中梁焊接完后容易扭曲变形，从而超出两上心盘横向间隙差不大于1mm的技术要求，且中梁扭曲变形很难通过工装设备调整，所以中梁扭曲变形控制为出口铁路货车中梁的制造难点。
3 中梁扭曲控制工艺分析
3.1 组装工艺分析
3.1.1中梁上盖板、下盖板、腹板因材料长度较长，一般都是用短料拼焊而成，腹板拼接时预放挠度，拼接的中梁挠度由于组装间隙及焊接收缩不一致，导致中梁腹板拼焊后挠度不一样，当挠度值相差较大的两中梁腹板组焊到同一根中梁上时，就会导致中梁扭曲。
3.1.2 中梁组装时使用中梁组装胎模组装，将中梁各部件与胎模各定位块贴合紧密，并用夹具夹紧后再组装，当中梁与胎模定位面贴合不严密，或者组装胎模定位面未校准，就会导致组装后的中梁扭曲变形。
3.1.3中梁上盖板组装前，中梁未封闭，中梁扭曲容易调整过来，当中梁上盖板组装后，中梁形成封闭式箱型结构，中梁扭曲就很难调整。所以中梁上盖板组装的组装质量对中梁是否扭曲有很大的影响。
3.2 焊接变形分析
在箱型梁的焊接中，扭曲变形一般是由焊缝的纵向或横向收缩造成的，焊接顺序不合理，都会引起扭曲变形[1]。
中梁扭曲影响较大的焊缝有焊缝1、2、3，焊接时先焊接内部焊缝1，再焊接外部焊缝2，再焊接外部焊缝3（图1）。
箱型中梁内部和外部焊缝基本属于对称焊缝，如果两条对称焊缝没有同步焊接，或者是焊接方式不一样，都有可能造成中梁的扭曲变形。
4 中梁扭曲控制工艺措施
4.1组装工艺措施
4.1.1 中梁腹板拼接在专用拼接胎上拼焊，拼焊胎设置挠度定位点，这样拼焊完的中梁腹板挠度值相差不会很大，将拼接好的中梁腹板挠度全部都测量，并将数值写在中梁腹板上，在中梁组装时，同一中梁两腹板挠度应在组装前选配，按照两腹板挠度差值在2mm以内的标准选配，保证组装质量。
4.1.2中梁组装胎在组装前需校准胎模定位面，尤其是两心盘定位基准面，保证组装要求。在中梁组装时，以心盘安装面作为工装夹具的基准，在工装夹具上采用有效的约束来保证两腹板对下盖板的垂直度，同时组装时需要用夹紧装置将各工件压紧，贴合胎模定位块，工件与定位块间隙要求不大于1mm。
4.1.3中梁上盖板组装需要使用专用工装组装，心盘承台需模拟中梁挠度设置心盘定位平面，在中梁中间位置，需模拟中梁挠度设置挠度定位面，且工装心盘定位面和挠度定位面需要测量水平数据，并在组装时设置压紧装置压紧中梁下盖板，贴紧定位块，保证工件与定位面间隙不大于1mm，检查完后才能定位焊中梁上盖板与中梁腹板的焊缝。
4.2 焊接工艺措施
中梁焊缝基本属于对称焊缝，为减少中梁扭曲，需尽量同步同向对称焊接，焊缝造成的变形会同步变形，就不会造成中梁扭曲。
当焊接内腔焊缝1时，如果同步对称焊接，操作工很难操作，就会造成中梁扭曲，所以中梁内腔焊缝焊接时需在压紧状态下焊接，焊接完后，待焊缝冷却后松开夹具。
当焊接外部焊缝2时，需同步对称焊接，即两电焊工在中梁的两侧，从中梁中部同时往中梁两端焊接，焊接时注意两电焊工的距离，距离不超过300mm，这样中梁焊接收缩基本同步，中梁扭曲变形最小。
当焊缝外部焊缝3时，同焊缝2，需要同步对称焊接。
5 结论
（1）同一中梁上的两中梁腹板需选配组装，挠度差控制在2mm以内。
（2）中梁内腔焊缝在压紧状态下焊接，中梁外部焊缝同步对称焊接。
（3）中梁上盖板在专用胎模上组装，胎模模拟中梁挠度，设置心盘承台及中梁挠度定位块，并在夹紧状态下组装中梁上盖板。
通过批量生产，以上方法相互配合控制中梁焊接变形， 基本无扭曲变形，达到两上心盘横向间隙差不大于1mm的要求，从而有效地确保了中梁生产质量。
参考文献
[1] 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.
[关键词]铁路货车；中梁；扭曲；方法
中图分类号：TD327.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）14-0357-01
随着铁路货车技术的发展，根据轻量化设计原则，为降低车辆自重，出口铁路货车中梁采用屈服强度为450MPa高强耐候钢组焊箱型中梁的结构应用越来越广泛，箱型中梁因为焊缝集中，焊接变形大，扭曲变形难以控制，尤其是中梁扭曲变形对底架组装有很大的影响，对车辆运行存在安全风险。本文在分析箱型中梁产生扭曲变形原因的基础上提出了箱型中梁扭曲的控制方法。
1 结构特点
国内铁路货车中梁一般采用热轧乙字型钢组焊而成，由于中梁不是封闭结构，组焊完可以通过中梁矫正胎调整中梁扭曲变形。
根据轻量化设计原则，为降低车辆自重，我公司出口铁路货车中梁一般采用箱型结构，箱型中梁通过板材拼接成箱型结构，由上盖板、下盖板、腹板（左）、腹板（右）等组焊而成，如图1所示，箱型中梁长度在8000mm～15000mm之間，腹板高度在300mm-800mm之间，中梁腹板与中梁下盖板采用双面角焊缝，中梁腹板与中梁上盖板采用单面坡口焊缝加角焊缝。由于中梁为封闭结构，组焊完后中梁扭曲变形很难通过工装设备调整。
2 箱型中梁工艺难点分析
铁路货车中梁为车体的重要部件，承受主要的载荷，中梁的制造质量关系到车体运行安全，而箱型中梁主要控制难点为中梁的扭曲变形控制，如果中梁扭曲超差，影响底架组装，会导致底架组装完后，车体倾斜，在运行中会存在倾覆的风险。
箱型中梁由于焊缝集中，导致中梁焊接变形大，中梁焊接完后容易扭曲变形，从而超出两上心盘横向间隙差不大于1mm的技术要求，且中梁扭曲变形很难通过工装设备调整，所以中梁扭曲变形控制为出口铁路货车中梁的制造难点。
3 中梁扭曲控制工艺分析
3.1 组装工艺分析
3.1.1中梁上盖板、下盖板、腹板因材料长度较长，一般都是用短料拼焊而成，腹板拼接时预放挠度，拼接的中梁挠度由于组装间隙及焊接收缩不一致，导致中梁腹板拼焊后挠度不一样，当挠度值相差较大的两中梁腹板组焊到同一根中梁上时，就会导致中梁扭曲。
3.1.2 中梁组装时使用中梁组装胎模组装，将中梁各部件与胎模各定位块贴合紧密，并用夹具夹紧后再组装，当中梁与胎模定位面贴合不严密，或者组装胎模定位面未校准，就会导致组装后的中梁扭曲变形。
3.1.3中梁上盖板组装前，中梁未封闭，中梁扭曲容易调整过来，当中梁上盖板组装后，中梁形成封闭式箱型结构，中梁扭曲就很难调整。所以中梁上盖板组装的组装质量对中梁是否扭曲有很大的影响。
3.2 焊接变形分析
在箱型梁的焊接中，扭曲变形一般是由焊缝的纵向或横向收缩造成的，焊接顺序不合理，都会引起扭曲变形[1]。
中梁扭曲影响较大的焊缝有焊缝1、2、3，焊接时先焊接内部焊缝1，再焊接外部焊缝2，再焊接外部焊缝3（图1）。
箱型中梁内部和外部焊缝基本属于对称焊缝，如果两条对称焊缝没有同步焊接，或者是焊接方式不一样，都有可能造成中梁的扭曲变形。
4 中梁扭曲控制工艺措施
4.1组装工艺措施
4.1.1 中梁腹板拼接在专用拼接胎上拼焊，拼焊胎设置挠度定位点，这样拼焊完的中梁腹板挠度值相差不会很大，将拼接好的中梁腹板挠度全部都测量，并将数值写在中梁腹板上，在中梁组装时，同一中梁两腹板挠度应在组装前选配，按照两腹板挠度差值在2mm以内的标准选配，保证组装质量。
4.1.2中梁组装胎在组装前需校准胎模定位面，尤其是两心盘定位基准面，保证组装要求。在中梁组装时，以心盘安装面作为工装夹具的基准，在工装夹具上采用有效的约束来保证两腹板对下盖板的垂直度，同时组装时需要用夹紧装置将各工件压紧，贴合胎模定位块，工件与定位块间隙要求不大于1mm。
4.1.3中梁上盖板组装需要使用专用工装组装，心盘承台需模拟中梁挠度设置心盘定位平面，在中梁中间位置，需模拟中梁挠度设置挠度定位面，且工装心盘定位面和挠度定位面需要测量水平数据，并在组装时设置压紧装置压紧中梁下盖板，贴紧定位块，保证工件与定位面间隙不大于1mm，检查完后才能定位焊中梁上盖板与中梁腹板的焊缝。
4.2 焊接工艺措施
中梁焊缝基本属于对称焊缝，为减少中梁扭曲，需尽量同步同向对称焊接，焊缝造成的变形会同步变形，就不会造成中梁扭曲。
当焊接内腔焊缝1时，如果同步对称焊接，操作工很难操作，就会造成中梁扭曲，所以中梁内腔焊缝焊接时需在压紧状态下焊接，焊接完后，待焊缝冷却后松开夹具。
当焊接外部焊缝2时，需同步对称焊接，即两电焊工在中梁的两侧，从中梁中部同时往中梁两端焊接，焊接时注意两电焊工的距离，距离不超过300mm，这样中梁焊接收缩基本同步，中梁扭曲变形最小。
当焊缝外部焊缝3时，同焊缝2，需要同步对称焊接。
5 结论
（1）同一中梁上的两中梁腹板需选配组装，挠度差控制在2mm以内。
（2）中梁内腔焊缝在压紧状态下焊接，中梁外部焊缝同步对称焊接。
（3）中梁上盖板在专用胎模上组装，胎模模拟中梁挠度，设置心盘承台及中梁挠度定位块，并在夹紧状态下组装中梁上盖板。
通过批量生产，以上方法相互配合控制中梁焊接变形， 基本无扭曲变形，达到两上心盘横向间隙差不大于1mm的要求，从而有效地确保了中梁生产质量。
参考文献
[1] 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.