（机械制造及其自动化专业论文）高速列车转向架焊接质量分析及控制方法研究.pdf

摘要 摘要 随着我国国民经济的高速发展，应用高速重载列车是增加铁路运能、缓解运输压力 最为有效的措施之一，而机车车辆转向架又是铁路列车实现高速、重载牵引的关键部件。 因此，研究开发出满足高质量转向架的制造方法与质量保障体系是实现铁路高速、重载 运输重要的基础性工作。 本文以c w 2 0 0 高速列车转向架焊接构架制造质量为研究对象，针对该构架很容易 产生质量波动的现象，结合工厂生产实际，对构架制造质量进行深入系统地调查和分析 研究，运用各种现代质量工程方法对存在的质量问题进行分类统计，确定重点分析目标 与切实可行的测试方案。通过制造现场焊接变形数据实测，确定产生质量问题的主要环 节和原因。在此基础上，对现有的转向架焊接构架的结构与工艺进行深入地研究，分析 焊接变形规律，结合工厂生产实际，提出主要制造工艺的质量改进与控制措施，建立科 学的焊接工艺质量管理体系，为制造适应高速、重载机车车辆需求的高性能转向架焊接 构架奠定基础。相关成果正在被用于转向架焊接质量控制的进一步研究与实践。 本论文的主要贡献有： 1 对c w 2 0 0 转向架当前的焊接工艺现状进行了深入全面地调查，找出生产中存在 的结构设计、制造工艺与管理等方面的主要问题，为工艺质量管理的改进提供借鉴。 2 对c w 2 0 0 转向架侧梁焊接过程进行全程跟踪测量，运用数理统计找出了其焊接 变形在垂向弯曲、横向弯曲、扭转变形以及纵向收缩的规律，为箱形梁组成零件设计以 及焊接工艺参数合理选择提供依据。 3 对c w 2 0 0 转向架焊接构架制造历史记录进行统计分析，根据各焊接工序修调与 补焊的分布特点找出其焊接变形的统计规律，为减少构架制造工序修调与补焊量、提高 制造品质提供帮助。 4 在确定产生质量问题的主要环节和原因基础上，提出对策并对现有的质量控制管 理制度和体系进行修改、补充和完善，为形成一套完整的、系统的转向架制造工艺质量 控制管理制度和体系奠定基础。 关键词：转向架；焊接变形；质量分析与控制；高速列车 大连交通火学j i ：学硕十学位论文 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fc h i n ae c o n o m y ，d e v e l o p i n gh i g h - s p e e d ，h e a v y d u t y r a i l w a yt r a n s p o r t a t i o ni so n eo ft h em o s te f f e c t i v es o l u t i o n sf o ri m p r o v i n gr a i l w a yt r a n s p o r t c a p a c i t ya n de a s i n gt r a n s p o r tp r e s s u r e sn a t i o n a l l y a n d l o c o m o t i v e b o g i e s ，a sd r i v i n g m e c h a n i s m s ，a r ek e yc o m p o n e n t s t h e r e f o r e ，t om e e tt h er e q u i r e m e n t sa b o v e ，r e s e a r c ha n d d e v e l o p i n gw e l lq u a l i f i e ds o l u t i o n sf o rb o g i em a n u f a c t u r i n ga n dq u a l i t yg u a r a n t e ea r ev e r y i m p o r t a n ta n df u n d a m e n t a lw o r k i nt h i sp a p e r ，t h ec w - 2 0 0h i g h - s p e e dt r a i nb o g i ef r a m ew e l d i n gq u a l i t ya sc a s es t u d y ， a g a i n s tt h ef r a m eo f t e nl e a d st ot h ep h e n o m e n o no fq u a l i t yf l u c t u a t i o n sc o m b i n i n gt h e p r a c t i c a lp r o d u c t i o n ，m a n u f a c t u r i n gq u a l i t yo ff r a m e w o r kh a v eb e e nf u l l yi n v e s t i g a t e da n d a n a l y z e d k e ya n a l y s i so b j e c t i v e sa n df e a s i b l et e s t i n gs c e n a r i o sa r ei d e n t i f i e db yu s i n g a d v a n c e dq u a l i t ye n g i n e e r i n gt h e o r ya n ds t a t i s t i c a lm e t h o d t h r o u g hal o to ft e s tf o rw e l d e d s t r u c t u r e si nw o r k s h o p ，a u t h o rf o u n dt h ec l e a rq u a l i t yl i n k sa n dt h em a i nr e a s o n sf o rq u a l i t y i s s u e s o nt h eb a s i sa b o v e ，t h ee x i s t i n gb o g i es t r u c t u r e sa n dt h e i rw e l d i n gp r o c e s s e sa r e s t u d i e di nd e t a i l si no r d e rt oe x p l o r et h er u l ei nw e l d i n gd i s t o r t i o n a f t e rt h a t ，t h eq u a l i t y i m p r o v e m e n ta n dc o n t r o lm e a s u r e sa r ep r e s e n t e da c c o r d i n gt ot h ep r o d u c t i o ns i t u a t i o n a l s oa w e l d i n gp r o c e s sq u a l i t ym a n a g e m e n ts y s t e mi se s t a b l i s h e d t h eo u t c o m eo ft h i sp a p e rc o u l d s e t t l et h ef o u n d a t i o nf o rh i g hp e r f o r m a n c eb o g i e sm a n u f a c t u r i n g r e l e v a n tr e s u l t so ft h i s s t u d ya r eb e i n ga p p l i e df u r t h e rs t u d ya n dp r a c t i c ef o rh i g h - s p e e dt r a i nb o g i em a n u f a c t u r i n g q u a l i t yc o n t r 0 1 t h em a i nc o n t r i b u t i o n so ft h i sp a p e ra r ea sf o l l o w s ： 1 t h r o u g hd e t a i l e di n v e s t i g a t i o nf o rc w - 2 0 0w e l d e df r a m eo ft h ec u r r e n ts t a t u so ft h e w e l d i n gp r o c e s s ，a u t h o rf i n d so u tt h ee x i s t i n gp r o b l e m so fp r o d u c t i o ni n s t r u c t u r ed e s i g n ， m a n u f a c t u r i n gp r o c e s sa n dq u a l i t ym a n a g e m e n t ，r e s p e c t i v e l y t h e s e r e s u l t so f f e rt h e r e f e r e n c e sf o ri m p r o v i n gp r o c e s sq u a l i t ym a n a g e m e n t 2 t h et r a c k i n gm e a s u r e m e n ti sm a d ei nw h o l ew e l d i n gp r o c e s sf o rs i d e b e a m so f c w 一2 0 0b o g i e ，a n du s i n gs t a t i s t i c s ，t h ei n h e r e n tl a w so fw e l d i n gd e f o r m a t i o na r ei d e n t i f i e di n t e r m so fv e r t i c a la n dh o r i z o n t a lb e n dd e f o r m a t i o n ，t o r s i o nd e f o r m a t i o n ，a n dl o n g i t u d i n a l s h r i n k w h i c ha r et h ef u n d a m e n t a lf o rb o x - s h a p eb e a md e s i g na n ds e l e c t i n gs u i t a b l e p a r a m e t e r si nw e l d i n gp r o c e s s 3 t h es t a t i s t i c a la n a l y s i si sm a d ef o rh i s t o r i c a ld e f o r m a t i o nd a t ao fc w 一2 0 0w e l d e d f r a m e ，a n di n h e r e n tl a wo fw e l d i n gd e f o r m a t i o ni s f o u n da c c o r d i n gt ot h ed i s t r i b u t i o n c h a r a c t e r i s t i co fm e n d i n ga n dr e c t if i c a t i o n ，a i m i n ga tr e d u c i n gt h ev o l u m eo fm e n d i n ga n d r e c t i f i c a t i o na n da i di m p r o v i n gm a n u f a c t u r i n gq u a l i t y 摘要 4 a f t e rd e t e r m i n i n gt h em a i np r o c e s s e sa n dt h er e a s o n so ft h eq u a l i t yi s s u e s ，t h r o u g h a m e n d i n g ，s u p p l e m e n t i n ga n dp e r f e c t i n ge x i s t i n gq u a l i t yg u a r a n t e es y s t e m ，ac o m p l e t es e to f t h eb o g i em a n u f a c t u r i n gq u a l i t yc o n t r o la n dm a n a g e m e n ts y s t e mi sp r o p o s e dh o p e f u l l y k e yw o r d s ：b o g i e ；w e l d i n gd e f o r m a t i o mq u a f i t ya n a l y s i sa n dc o n t r o l ；h i g h - s p e e dt r a i n 第一章绪论 第一章绪论 1 1 课题来源 某企业是国务院首批大型试点企业，始建于1 9 5 4 年，是国家“一五 期间的1 5 6 个重点建设项目之一，先后生产出了国内第一辆地铁车、第一辆2 5 型车、第一辆单轨 车、第一辆磁悬浮列车、第- n 动车组。目前建有国内规模最大、精度最高、技术最先 进的碳钢车、不锈钢车、铝合金车三条生产线，配备了德国、意大利、韩国、日本等国 家制造的世界最先进的技术装备。不仅拥有国家级的企业技术中心和博士后科研工作 站，而且有一流的研发队伍。经过5 0 多年的发展，已成为我国最大的铁路列车和城市 轨道车辆的研发、制造和出口基地。面对实施“振兴东北老工业基地 大战略和世界经 济全球化的机遇与挑战，力争实现“建设国际一流轨道车辆制造企业的发展目标。 目前该企业正与法国阿尔斯通公司和德国西门子公司开展合作，联合设计生产2 0 0 公里d , 时及3 0 0 公里小时动车组，该企业也将以此为平台和契机，快速跻身世界一流 轨道车辆制造企业之列。该企业生产的c w 一2 0 0 转向架目前广泛用于我国铁路提速机车 上，经过一段时间的运行，不断出现转向架质量不合格现象，影响到铁路运输的安全运 行，为了提高c w 2 0 0 转向架焊接制造质量，该企业委托大连交通大学c w 一2 0 0 转向架 制造质量改进与焊接顺序优化课题组对c w 一2 0 0 转向架进行质量分析和控制研究。 本课题利用现代质量工程理论与现代化的数值分析及测试手段，对现有的转向架结 构与工艺进行深入地研究，结合工厂生产实际情况，探索预测、控制和提高高速列车转 向架焊接质量的有效途径，为制造出具有我国自主知识产权，适应高速、重载机车车辆 需求的高性能高速列车转向架提供技术支持。 1 2 选题背景与意义 通常将运营时速达到2 0 0 公里小时及以上的列车称之为高速列车。自上世纪六十 年代同本率先研制成功高速列车并投入商业营运以来，法国、英国、前苏联、德国和意 大利等国先后兴起了修建高速铁路和制造高速列车的热潮。近期，高速铁路运输正在美 国、韩国、澳大利亚等国家兴起，甚至连我国的台湾地区也在兴建高速铁路。2 l 世纪， 高速列车必将会在利用高新技术的基础上发展更快。 根据国外发展趋势和我国国情，我国适时提出：铁路跨越式发展的战略目标，来推 动我国铁路运输客运高速和货车重载、快速的发展以及全面实现全国铁路大提速。通过 努力，连续六次实现全国范围大提速，取得了显著成效，部分路段营运速度甚至达到2 5 0 人连交通人学i ：学硕十学位论文 公里d , 时。但与国外先进水平相比，无论是机车运行速度还是运行的平稳性和安全性 方面都存在很大的差距。 高速列车转向架作为高速列车实现高速、重载牵引的关键部件之一，它的性能好坏 直接影响高速列车的运行安全性和可靠性，其制造质量必须要符合高速列车的要求。 构架作为转向架的重要承载部件，其制造方式以焊接为主。由于焊接工艺本身的特点， 使构架产生了复杂的残余应力和变形，对转向架的断裂特性、疲劳强度和形状尺寸的精 度、稳定性等产生了非常不利的影响。如何有效地控制转向架的焊接残余应力和变形是 工程技术人员一直密切关注和亟待解决的问题。因此，在生产制造过程中确保转向架焊 接质量意义重大。本论文主要围绕如何确保高速列车转向架焊接质量进行研究，重点研 究高速列车转向架焊接制造中如何有效地控制焊接变形的问题。 在我国铁路高速、重载运行的条件下，转向架质量的好坏将直接关系到机车运行的 安全，所以对焊接质量的要求就更为严格，先进而科学的焊接质量跟踪及管理、焊接变 形及应力的控制就显得尤为重要。为改变我国铁路运输长期徘徊在速度低、运力不足的 状况，必须在坚持独立自主开发的同时，通过与世界知名机车生产厂家保持技术交流与 合作并积极引进世界先进技术1 2 j ，通过消化、吸引和创新，最终生产出具有我国自主知 识产权的高速列车转向架产品。 我国的铁路运输长期在运行速度低和运力不足的状况下运营，随着我国国民经济的 高速发展，这个问题越来越成为制约我国经济持续、快速发展的瓶颈。为了有效缓解运 能供需矛盾，大力发展高速、重载铁路运输势在必行。我国的高速列车发展起步晚，基 础薄弱，我国现有的机车车辆生产厂家大多缺乏具有自己知识产权的产品，产品标准化 系数低，更缺乏品牌形象，所生产的产品技术含量低，可靠性差，仍然沿用传统的制造 方法来生产高速列车转向架，不免会出现各种质量问题，特别是第六次大提速运营一段 时间以来所出现的种种质量问题。因此，研究高速列车转向架焊接质量并对其进行质量 控制，具有非常重要的意义。 1 3 国内外研究状况 高速列车转向架的可靠性直接决定高速列车的最高时速以及能否正常运营，因此， 在生产过程中确保转向架的生产质量十分重要【3 j 。当前国内外对高速列车转向架焊接质 量的研究主要集中在以下两个方面： ( 1 ) 消除高速列车转向架焊接残余应力。 ( 2 ) 预测和控制高速列车转向架的焊接变形。 2 第一章绪论 由于焊接工艺本身的特点，使得只要有焊接就不可避免会产生焊接残余应力和焊接 变形，因此，焊接残余应力与焊接变形是密切相关的。在焊接过程中，焊件经受复杂的 温度变化，这种温度变化在近缝区引起瞬时热应力、非弹性应变或不协调应变，焊接完 成后，这些应变的结果就是保留下来的残余应力；在焊接加热和冷却循环过程中，在焊 缝金属和靠近焊缝的母材区城内会产生热应变，加热过程中产生的应变伴有塑性压缩。 由于这些应变引起的应力综合作用又产生了内力，这些内力导致构件的弯曲、压曲和回 转，通常把这些位移称作焊接变形。焊接残余应力的存在对高速列车转向架的疲劳强度 和疲劳寿命均有很大的影响，是引起高速列车转向架冷、热裂纹和疲劳失效的根本原因； 焊接参数、焊接顺序、约束条件以及结构等对预测和控制高速列车转向架的焊接变形有 很大的关系；而在控制焊接变形时也会改变结构残余应力【4 0 】。因此，在研究和生产中 要综合考虑它们之间的相互影响。长期以来国内外的有关大学、研究机构和企业就如何 消除焊接转向架的残余应力和预测、控制焊接变形做了大量的研究，并取得了相当的研 究成果。归纳起来，目前对高速列车转向架总体的研究状况是： ( 1 ) 就如何消除焊接转向架的残余应力和预测焊接变形方面，取得了不少成果，如 产生出经验法、解析法、固有应变法、热弹性有限元法、有线弹性体积收缩法、人工神 经网络法等多种分析方法，并且在一些简单、小型焊接构件上取得了很好的运用。但是 对于复杂、大型的焊接转向架，还不能很好的应用现有的相关理论进行问题分析和研究， 还有待于进一步深入地研究。 ( 2 ) 对于减小残余应力和控制焊接变形的工艺措施做了大量的研究，但就结构对焊 接变形的影响却研究较少，在实际生产中还主要是靠经验和多次试验来控制焊接变形。 国内的一些大学和科研机构及企业也积极地致力于转向架的焊接质量的研究，不同 的研究机构所进行的研究重点不同( 如表1 1 所示) ，分别取的了不同的成果。其中具 有代表性的研究单位有西南交通大学、大连交通大学、北京交通大学、铁道部四方车辆 研究所等。西南交通大学机车车辆研究所利用国家重点实验室对转向架的动力学性能做 了大量的卓有成效的研究工作，现在已经能够能很好的掌握和使用目前国际上常用于车 辆动力学分析的软件进行问题分析与研究，如：s i m p a c k 、a d a ms o r a i l 、m e d y n a 、 n u c a r s 等：大连交通大学相关研究人员，基于有限元理论，利用工程分析手段和虚 拟现实技术对提高高速列车转向架焊接质量措施做了大量的研究；北京交通大学机械系 则对转向架的残余应力研究方面研究较多，铁道部四方车辆研究所一直以来也都在研究 转向架的相关问题。国内的其它相关大学和研究机构也在对焊接工艺所产生的焊接残余 应力和焊接变形作一些基础性研究，所取得的成果对研究高速列车转向架的焊接质量有 很好的借鉴作用。国内部分企业在解决实际生产上出现的问题的同时，适当的与相关大 大连交通人学i ：学硕十学位论文 学和研究机构合作，进行了一些前瞻性的研究。如该企业同时与北京交通大学、吉林大 学、大连交通大学、西南交通大学和铁道科学研究院等学校和研究机构进行产、学、研 联合，对2 5 0 公里4 , 时和3 0 0 公里小时的高速动车组进行研究。虽然取得了一定的研 究成果，与国外先进水平相比，国内总体研究现状是：起步晚；基础薄弱；总体技术落 后；缺乏相应的创新机制等。 表1 1 研究领域对照表 t a b l e1 1r e s e a r c ha r e a sc o m p a r i s o nt a b l e 学校与科研机构主要研究领域 西南交通大学动力学性能 大连交通大学焊接变形 北京交通大学残余应力 四方车辆研究所结构设计 国内相关高速列车转向架生产企业目前仍然大量采用传统的制造工艺进行转向架 生产，只有少量的与国外合作项目才采用新的制造工艺生产。 我国企业在生产高速列车转向架时所采用的传统制造工艺流程为： 板材下料一板材加工一板材压形一各梁焊接一各梁加工一构架焊接、组焊一构架退 火一构架整体加工一附件组焊一构架抛丸一构架油漆一质检一转向架总组装。 在生产过程中为了消除焊接生产后转向架所产生的残余应力，减少以后实际运行时 转向架构架因残余应力的存在而发生疲劳破坏最终导致失效的机率，在构架焊接、组焊 后，构架整体加工前，采用了构架退火的工序。在进行构架退火时，为提高生产效率和 保证产品质量，主要采取了如下的工艺措施： ( 1 ) 制作专用的退火支架，保证退火加温时，构架不变形。 ( 2 ) 提高退火效率，每次进炉退火不得少于两个构架( 利用工装保证) 。 ( 3 ) 进行必要的工艺试验和质量检测，确保每个热时效处理部件的产品质量。 ( 4 ) 热时效处理后的部件，必须进行喷丸和防锈处理1 8 j 。 从我国转向架生产企业所采用的传统制造工艺流程可以看出，在构架焊接、组焊后， 构架整体加工前，采用了构架退火的工序，在进行构架退火时还采取了一系列的工艺措 施，但采用构架退火是否合适? 能不能进行工艺流程改进? 非常值得研究。在详细分析 传统制造工艺流程和国外先进工艺流程的基础上，为了改进传统工艺的缺陷，对其进行 改进，从而提出新的工艺流程，发展成具有更好技术标准的工艺方法： 4 第一章绪论 钢板预处理一切割下料一坡口加工一压型一枕侧梁组焊一校直一构架组焊一无损 检测一构架校平一消除应力一构架加工一构架总组装一检测一校正一表面清理一油漆 一质检一转向架总组装。 通过传统工艺与新工艺制造工艺流程的对照( 如表1 2 如所示) 。可以看出新工艺 增加了钢材预处理：校直；校正等工序来控制焊接变形；取消了构架退火工序，而采用 其它措施来消除应力。 表1 2 制造流程对照表 t a b l e1 2c o m p a r i n gm a n u f a c t u r i n gp r o c e s st a b l e 传统工艺板材下料一板材加工一板材压形一各梁焊接一各梁加工一构架焊接、组焊一构架退火一 构架整体加工一附件组焊一构架抛丸一构架油漆一质检一转向架总组装 新工艺 钢板预处理一切割下料一坡口加工一压型一枕侧梁组焊一校直一构架组焊一无损检测 一构架校平一消除应力一构架加工一构架总组装一检测一校正一表面清理一油漆一质 检一转向架总组装 应用高速列车是增加铁路运能最为有效的措施，高速列车的关键技术是转向架，欧 洲相关先进国家尽管多年来在高速列车的研究和试验方面一直领先于日本，但是日本在 上世纪六十年代开通世界上第一条高速铁路“日本新干线”以来，在高速列车商用化上 一直走在前面。总体上，国外相关先进国家高速列车发展的比较早，对高速列车转向架 的相关研究做了大量卓有成效的研究。其研究状况总体可概括为：起步早；技术先进； 商用化较早；各种理论发展较成熟。 许多国外机车车辆制造的知名集团及厂家，如德国的西门子、加拿大的庞巴迪、法 国的阿尔斯通及日本的川崎重工等企业，在生产高速列车转向架时早已抛弃了为了消除 转向架构架的内应力而将整个构架进行退火处理的落后工艺一j 。例如欧洲g a n z s t e e l s t r u c t u r e s 公司的马特劳诺瓦克转向架制造工厂作为庞巴迪欧洲公司转向架构架的制造 中心，每年为庞巴迪欧洲公司生产上千台机车、车辆以及城市轨道车辆等各种类型的转 向架构架，马特劳诺瓦克转向架制造工厂虽然只有3 0 0 余人，而且不具备高端制造设备， 但是他们在生产转向架构架时并没有为了消除构架焊接残余应力而采用构架整体退火 的工艺，他们所生产的转向架，也能得到很好的质量保证。他们的成功值得在制造转向 架时学习和借鉴i j 。 国外相关公司所采取的工艺与我国现采用的传统工艺主要区别是：构架不进行退火 处理，有些构架甚至不必进行整体机械加工。在我国的传统工艺中，退火的目的是为了 消除或降低焊接所产生的内应力，减少构架加工后的变形，然后进行整体加工，从而确 人连交通大学t 学硕f ：学何论文 保加工面的位置精度。这套工艺方法所运用的理念是：先焊接，后加工；用退火去应力， 用整体加工保精度。具体做法是在焊接过程中对焊接产生的应力没有进行严格控制，在 焊后对构架进行整体退火，然后进行构架整体加工。 国外相关公司所采用的不退火工艺的精髓是采用先进的焊接工艺和工装保证，将焊 接变形始终控制在一个允许的范围内，确保加工部件在组焊后各加工面的位置精度符合 产品要求。所运用的理念是：先加工，后焊接；通过控制焊接变形来确保加工面的精度。 具体做法是：部件进行机械加工后再进行组焊，通过合理的焊接工艺将焊接应力均匀化； 采用先进的工装保证组焊精度，使加工面的形位精度符合设计要求热胀冷缩是产生焊接 应力的基本原理，严格控制焊接温度，使其始终处于某个临界值之下是控制焊接应力的 有效方法。国外相关公司所采用的工艺主要以控制焊接温度和焊接变形的方法为主。 我国铁路的客货运输长期以来都在低速、运载量不够的条件下运行，为根本改变这 种状况，适应铁路运输的高速、重载发展趋势，我国在全国范围内实行了铁路大提速。 然而作为铁路机车重要部件转向架的研究和生产还仍然存在很多问题，概括起来主要有 以下几个方面： ( 1 ) 转向架的焊接变形测量不准确。由于现有的各种测试工具均存在一定的误差， 使得现场测试结果与实际情况难以完全吻合。 ( 2 ) 缺乏规范、完善的转向架焊接质量管理和控制体系。 ( 3 ) 与转向架相关的焊接理论发展不完善。例如在高速列车转向架的设计生产中， 通常认为焊接热输入量对变形的影响显著i ，l2 1 ，且焊接残余变形与热输入量成正比关系 f 1 3 】。但经研究发现，热输入量与残余变形并非是简单的线性关系，而是存在一个合理热 输入量范围，在此范围内，焊接残余变形较小1 1 4 l 。 ( 4 ) 国内欠缺研发、设计和生产高速动力车的经验；焊接工艺落后，仍采用落后的 焊接构架整体退火工艺；整个行业缺乏核心技术；技术创新能力不强。 1 4 本课题研究内容 为了解决我国高速列车转向架在研究和生产中存在的问题，大连交通大学c w 一2 0 0 转向架制造质量改进与焊接顺序优化课题组，在对c w 2 0 0 转向架制造质量现状调查分 析的基础上，提出了如图1 1 所示的技术路线。本人作为项目参与人员，主要负责技术 路线中转向架焊接数据的采集、焊接数据分析和处理、工艺对应力和变形的影响、工艺 优化和最佳工艺方案这些方面的工作。因此，本论文也主要是从这些方面进行课题研究， 具体涉及转向架焊接数据的采集、焊接数据分析和处理、工艺对应力和变形的影响、工 6 第一章绪论 艺对策和工艺方案。本课题技术路线清楚，不会出现方向性错误，并且具有相当好的课 题应用背景。 转向架焊接数据采集 + 焊接数据分析和处理 + i 工艺对应力和变形的影响材料对应力和变形的影响结构对应力和变形的影响 + 工艺优化结构优化 lt 取消焊后矫正变形和 退火消除应力工序 喜h - 电县士七厶士七1 亡? i 产 目馥i + i ，- ，j 采取l 工缅俐丁采 j l 控制构架焊接应力和变形 j 改进、完善焊接质量管理体系 图1 1 技术路线 f i g 1 1t e c h n i c a lr o u t e s 在课题技术路线清楚的情况下，通过对转向架构架制造质量现状进一步地调查分 析，运用质量分析方法对存在的质量问题进行分类统计，弄清产生质量问题的主要环节 和原因，对焊接构架进行焊接变形测试数据分析，找出其内在规律，以便正确选择焊接 方法和焊接材料，采用合理的焊接工艺，使焊接质量达到使用要求。同时对现有的质量 控制管理制度和体系进行修改、补充和完善，为形成一套完整的、系统的转向架制造质 量控制管理制度和体系奠定基础。具体针对我国在转向架生产过程中存在的问题，本课 题主要对如下内容进行研究： ( 1 ) 对c w 2 0 0 转向架当前的焊接工艺现状进行深入调查，包括组焊前下料公差调 查、工艺调查、焊接变形调查、焊接残余应力调查、拘束条件对焊接变形的影响调查、 焊后处理调查。 ( 2 ) 对c w 一2 0 0 转向架侧梁焊接过程进行跟踪，用合适的仪器测量并记录每一道焊 缝时问历程上的温度场，然后进行统计分析，寻找焊接变形的内在规律。 ( 3 ) 对c w 2 0 0 转向架侧梁、构架变形历史记录进行跟踪，用三坐标测量仪测量并 记录每一道焊缝对焊接变形的影响，然后进行统计分析，寻找出其内在规律。 7 人连交通人学l ：学硕 ：学位论文 ( 4 ) 通过对c w 2 0 0 转向架构架制造质量现状调查分析，运用调查表、因果图、排 列图、树图等方法对存在的质量问题进行分类统计，确定产生质量问题的主要环节和原 因，对现有的质量控制管理制度和体系进行修改、补充和完善，为形成一套完整的、系 统的转向架制造质量控制管理制度和体系奠定基础。 本文内容结构安排如下： ( 1 ) 第一章首先介绍了课题来源；然后阐述了本课题的选题背景与意义；概述了课 题国内外研究状况；最后介绍了本课题研究的主要内容。 ( 2 ) 第二章对质量和质量分析的定义、基本概念、原理和常用方法作了介绍说明， 简述了质量控制和质量改进的含义、改进的程序和一般方法。 ( 3 ) 第三章对于目前某企业生产质量管理工作中存在的不足，在生产现状调查的基 础上进行质量测试，通过对数据的分析得出分析结果。 ( 4 ) 第四章在分析结论的基础上制定具体的质量控制对策。 本章小结 本章首先介绍了课题的来源以及课题的选题背景与意义，并分析了目前国内外高速 列车机车转向架的生产以及研究状况，针对某企业在高速列车机车转向架生产方面存在 的质量问题，提出了本课题研究的主要内容与目标。最后对本文的研究内容和各章节主 要内容安排作了简单介绍。 8 第二章质量分析与控制的基本原理与方法 第二章质量分析与控制的基本原理与方法 2 1 质量内涵与产品质量实现过程 2 1 1 质量内涵 国际标准化组织( i s o ) 在其国际标准i s 0 8 4 2 0 9 4 ( 我国等同采用的国家标准是 g b t 6 5 8 3 9 4 ) 中给质量下了如下的定义：质量是指反映实体满足明确或隐含需要的能 力的特性总和【1 5 】。 该定义全面、准确，在全世界范围内具有权威性。对该定义可以作如下的解释： ( 1 ) 质量所研究的对象是实体，实体是“可单独描述和研究的事物。”实体可以是 产品，也可以是活动或过程，还可以是组织、体系或人，以及以上各项的任何组合。 ( 2 ) “需要”可分为“明确需要”和“隐含需要 。明确需要是指供需双方业务洽 谈和签订合同过程中，用技术规范、质量标准、产品图样、技术要求加以明确规定的内 容。隐含需要是指那些人们公认的、不言而喻的、不必明确表达的需要。在许多情况下， 需要是随着时间和环境而变化的，因此质量具有动态性。 ( 3 ) 特性是指实体所特有的性质，它反映了实体满足需求的能力。因而需要应转化 为特性。 在生产实践中，人们对质量的理解有狭义和广义之分。所谓狭义质量，是指仅仅从 用户的角度去看质量，即要求产品满足性能好，可信性、安全性和适应性高，寿命周期 经济性好，能按时交货，使用寿命长售前售后服务好等。有时人们更将质量狭义地理解 为产品的精度。很显然，狭义质量概念是不全面的。 所谓广义质量，是指不仅从用户的角度去看质量，同时还应从制造者和社会的角度 去理解质量。到目前为止，广义质量的概念已愈来愈为人们所接受。 2 1 2 产品与产品质量 所谓产品，是过程或活动的结果。它可以包括服务、软硬件、流程性材料以及它们 的组合。它们有的是有形的，有的是无形的，或它们的组合。 产品质量是指产品能够满足人们( 社会和个人) 的需要而应具备的特性。就机械工 业的硬件产品而言，大致可以有六个方面的特性，即性能、可信性、安全性、适应性、 经济性和时间性。 ( 1 ) 性能。它是产品为满足使用目的而需要具备的技术特性。例如机床的转速、功 率和加工精度；电视机的清晰度、用电量、使用的方便性和外观造型等。 9 人连交通人学t 学硕十学位论文 ( 2 ) 可信性。它反映了产品可用的程度及其影响因素，包括可靠性、可维修性和维 修保障性。产品的可靠性是指产品在规定的使用时间内和规定的使用条件下，完成规定 任务的能力。可维修性是指产品在规定的条件下和规定的时间内，按规定的程序和方法 进行维修时保持或恢复到规定状态的能力。可靠性和可维修性决定了产品的可用性。维 修保障性是指维修保障资源能满足产品维修过程需求的能力。 ( 3 ) 安全性。它反映了产品在贮存、流通和使用过程中不会产生由于质量不佳而导 致的人员伤亡、财产损失和环境污染的能力。如机器的噪声程度、冲压机的防护能力、 电器的漏电保护性等。 ( 4 ) 适应性。它反映了产品适应外界环境变化的能力。这里所说的环境包括自然环 境和社会环境，前者如振动与噪声、灰尘与油污、高温与高湿、电磁干扰等自然条件； 后者如产品适应不同国家、不同地区、不同顾客的需求的能力。 ( 5 ) 经济性。它反映了产品合理的寿命周期费用，具体表现在设计费用、制造费用、 使用费用、报废后的回收处理费用上。 ( 6 ) 时间性。它反映了产品供货商满足顾客对产品交货期和交货数量的能力，以及 满足顾客需要随时间变化的能力。产品的寿命也属于时间性的范畴。 2 1 3 产品质量实现过程 过程是将输入转化为输出的一组彼此相关的资源和活动。其中，资源可包括人员、 资金、设施、设备，以及技术和方法等。质量管理强调所有的工作都是通过过程来完成 的。从图2 1 中可以看出，每一个过程都有输入，输出是过程的结果，包括有形的或无 形的产品。过程本身应是增加价值的转换l j 酬。 输入输出 = 测量点【增值转换】 中间产品 图2 1 产品质龉实现过程 f i g 2 1p r o d u c tq u a l i t yr e a l i z a t i o np r o c e s s 过程在任何组织中，都包括物流过程和信息流过程两个方面，因此有必要在以下两 个方面对过程进行管理： ( 1 ) 含有物流和信息流过程的构成和运行。 l o 第二章质量分析j 控制的摹本原理1j 方法 ( 2 ) 过程中的物资和信息的特性。 人们往往用一个无头无尾，带有方向的圆圈来表示产品质量的实现过程，也就是通 常所说的质量环i l 。质量环主要强调从寿命周期的角度论述质量活动的不间断性。 一般来说，产品质量取决于下述四个方面的质量： 第一个方面是与确定产品需要有关的质量，即确定和完善满足市场需要的产品，也 就是所谓的“市场调研质量 。 第二个方面是与产品设计有关的质量，即把市场需求转化为在规定等级内的产品设 计特性，也就是所谓的“设计质量 。 第三个方面是与产品设计的符合性有关的质量，即确保为顾客所提供的产品与所设 计的特性相一致，也就是所谓的“符合性质量 或“制造质量 。 第四个方面是与产品保障有关的质量，即在产品寿命周期内按需要提供产品保障， 一般说，就是所谓的“使用质量”或“售后服务质量。硬件产品质量环如图2 2 所示。 本论文是围绕如何确保高速列车转向架生产制造质量进行研究。 销售和分发包装和贮存 图2 2 硬件产品质鼍环 f i g 2 2h a r d w a r ep r o d u c tq u a l i t yc e n t r a l 发 2 2 质量分析与常用方法 质量分析与质量分析方法是密切相关的。人们通常用各种质量分析方法来进行质量 分析，下面将在介绍质量分析的基础上，对一些人们常用的质量分析方法进行阐述。 2 2 1 质量分析 ( 1 ) 质量分析的内容 通常将质量分析活动称为三分析活动，因为质量分析活动包含有三个内容。 分析产生质量问题的危害性 人连交通人学1 ：学硕f ：学何论文 任何组织存在的质量问题，必然会对组织、顾客及相关各方带来不同程度的危害性， 分析危害的性质和程度，以便从主观上提高对解决质量问题的重视程度。 分析产生质量问题的原因 解决质量问题的实质在于消除产生质量问题的原因。因此，在质量分析活动中应采 用科学方法分析得出影响质量问题的确切原因，以利于有针对性采取纠正和预防措施消 除质量问题及预防类似问题的发生。 分析解决质量问题应采取的措施 质量分析的最终目的是消除存在的质量问题和预防类似问题的发生。因此，需要针 对第步分析得到的因素采取纠j 下和预防措施以实现最终目的。 ( 2 ) 质量分析的关键内容 质量分析活动的关键内容是分析出影响质量问题的确切原因。解决质量问题的实质 就是消除影响质量问题的原因。很多情况下经过质量改进后效果甚微，究其原因大多是 由于未能分析出影响质量问题的确切原因，解决质量问题的措施未涉及其实质所致。 原因分析可以来用因果图、调查表和排列图等质量工具来进行分析，本节后面部分 将介绍这些常用的质量分析方法。但这里强调的是原因分析的关键并不在于采用什么工 具，关键的是分析过程是否正确。 一般情况下质量问题来源于两个方面： ( 1 ) 错误的理解 任何一项工作、一项活动都是经过依据科学原理进行周密的设计或策划，拟制一套 切实可行的实施规范( 标准、规程、文件等) ，以指导工作或活动的正常有序地进行。对 于这些实施规范要求实施者必须有j 下确的理解。应注意到标淮、文件的发布日期和实施 日期往往会有半年左右的时间差，其作用就是要求在发布后，实施者必须在这一段时间 内进行充分的学习、认识，要有一个正确的理解过程。j 下确的行动首先来源于对规范的 正确理解，理解不正确必然在实施中发生质量问题。 ( 2 ) 错误的操作方法 在正确理解的前提下需要有正确的操作方法去实施。虽然对规范有了正确的理解， 但操作方法不正确，依然会发生质量问题。那么，如何进行正确的分析呢? 重要的是掌 握过程的“事实。很多情况下，经过质量分析、质量改进过程，最后经验证并未取得 显著的效果：应当说主要是分析过程肤浅，没有掌握住过程的“事实 。 一些人认为自己所学习和掌握的专业理论以及在长期工作中积累的经验，都是事 实，为什么经过质量分析、质量改进活动后不能取得显著效果呢? 应当注意到一个人的 知识和经验往往是片面的，因此说，质量分析过程是一个集思广益的过程，应当在广泛、 1 2 第二章质量分析与控制的基本原理与方法 深入调查研究的基础上进行深人细致的分析，真正掌握事物的全面事实，涉及问题的实 质才有利于质量改进目标的实现。 对于一个生产系统或一项产品的质量现状进行分析，往往要运用到一系列的统计方 法。统计方法就是指有关收集、整理、分析和解释统计数据，并对其所反映的问题做出 结论的方法。统计方法一般有以下几个方面的用途【1 8 】。 ( 1 ) 提供表示事物特征的数据。 在质量分析工作中收集到的数据大部分表现为杂乱无章的，这就需要运用统计方法 计算其特征，以显示出事物的规律性。 ( 2 ) 分析影响事物变化的因素。 为了对症下药，有效地解决质量问题，在质量分析工作中可以应用各种方法分析影 响事物变化的各种原因。常用的分析方法有因果图、调查表、排列图、分层法、树图等。 ( 3 ) 分析事物之间的相互关系。 在质量分析工作中，常常遇到两个甚至多个以上的变量，虽然它们之间没有确定的 函数关系，但往往存在一定的相关关系。运用统计方法确定这种关系的性质和程度，对 于质量分析工作的有效性十分重要。可以运用的方法有散步图、实验设计法、排列图、 树图和头脑风暴法。 ( 4 ) 研究取样和试验方法，确定合理的试验方案。 用于这方面的方法有：抽样方法、抽样检验、实验设计和可靠性实验等。 在质量分析工作中，统计方法起到的是归纳、分析问题、显示事物的客观规律性等 作用，通过利用这些方法，分析产生质量问题的原因，探索产品质量的症结所在。但要 解决产品质量问题，还需要依靠专业技术和组织管理措施。 质量分析的方法有很多，下面主要介绍一些人们常用的质量分析方法，如调查表、 因果图、排列图、头脑风暴法和树图。 2 2 2 调查表 调查表( d a t a c o l l e c t i o nf r o m ) 又叫检查表、核对表、统计分析表。它是用来系统地收 集资料和积累数据，确认事实并对数据进行初略整理和分析的统计表9 1 。是为收集、整 理