某動車組構(gòu)架焊接變形的工藝研究

何俊喜 孫景南 吳 斌 朱宏雷

(中車南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司 江蘇 南京 210031)

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某動車組構(gòu)架焊接變形的工藝研究

何俊喜 孫景南 吳 斌 朱宏雷

(中車南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司 江蘇 南京 210031)

構(gòu)架是轉(zhuǎn)向架的重要承載部件，在組裝焊接過程中易出現(xiàn)整體扭曲、收縮等由焊接變形引起的問題。通過分析找出了焊接變形的原因，提出了工藝改進措施，使構(gòu)架焊接變形得到有效控制，保證了構(gòu)架的焊接質(zhì)量。關(guān)鍵詞：動車組；構(gòu)架；焊接變形；工藝研究

構(gòu)架是轉(zhuǎn)向架的重要承載部件，承受著垂向、橫向及縱向載荷等復合載荷作用，其質(zhì)量對車輛的運行有著重要影響。由于焊接變形造成后續(xù)組裝困難以及應力集中等問題，對構(gòu)架的應用質(zhì)量產(chǎn)生了極大影響。為了提高構(gòu)架質(zhì)量，保證車輛行車安全，研究預防和控制構(gòu)架的焊接變形是非常重要的課題。

1 構(gòu)架焊接變形的分析

構(gòu)架是一個典型的框架結(jié)構(gòu)，材料為EN10028-P355NL1，板厚6～12 mm。

(1) 構(gòu)架焊接時出現(xiàn)的焊接變形

構(gòu)架焊接后，彈簧筒與構(gòu)架中心距尺寸常出現(xiàn)3 mm左右偏差，彈簧筒的平面度相差5 mm左右，造成側(cè)梁與端梁連接時對接焊縫錯邊且間隙過大，給后續(xù)組裝帶來困難。

(2) 接頭形式對焊接變形的影響

構(gòu)架是由側(cè)梁與橫梁焊接而成的典型框架結(jié)構(gòu)，主要采用單邊V型坡口角焊縫的形式，這樣既可以減輕重量，又能滿足性能要求。這種接頭形式不僅能夠保證焊縫焊透，還不用翻轉(zhuǎn)焊件，但焊縫填充的金屬量較大, 焊后的殘余變形較大，構(gòu)架容易產(chǎn)生變形。

(3) 裝配、順序、方法對焊接變形的影響

采用相同的焊接參數(shù)焊接時，先焊的焊縫由于焊接收縮量較大所以變形大，需調(diào)整焊縫順序來控制變形，同一條焊縫，不同的焊接方向會使焊接結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不同的變形。

(4) 參數(shù)、操作方法等對焊接變形的影響

不同的焊接參數(shù)、操作方法，也使焊件的受熱程度不同，焊后所產(chǎn)生的殘余變形也不盡相同。

2 構(gòu)架焊接變形的控制

2.1 焊前措施

2.1.1 工藝簡介

焊接構(gòu)架時，根據(jù)質(zhì)量和強度的要求，生產(chǎn)效率和實際的生產(chǎn)設(shè)備條件，側(cè)梁與橫梁V型坡口對接焊縫采用TIG焊打底，保護氣體為99.99%的Ar。中間層和蓋面層采用堿性焊條+手工焊的方式，焊條牌號E425，手工電弧焊比TIG焊效率高，且金相組織細，熱影響區(qū)小，焊接內(nèi)應力小，接頭性能好。其余角接焊縫均采用局部TIG焊打底，然后用MAG焊填充蓋面。

2.1.2 反變形法

根據(jù)現(xiàn)場多次試驗數(shù)據(jù)，預測焊接變形大小和方向，在待焊工件裝配時預制與焊接殘余變形大小相當、方向相反的反變形量(見圖1)，焊后焊接殘余變形抵消了反變形量，使構(gòu)架回復到設(shè)計要求的尺寸與幾何型面。

圖1 反變形區(qū)域示意圖

2.2 焊接過程中的控制措施

2.2.1 采用合理的焊接參數(shù)減小熱輸入

熱輸入是焊接過程中對單位長度焊縫所輸入的熱能，是產(chǎn)生焊接應力與變形的主要因素，熱輸入量取決于焊接過程中的焊接電流、電壓數(shù)值以及焊接速度等工藝參數(shù)。側(cè)梁與橫梁對接焊縫的板厚是8～12 mm，成雙邊V型對接焊縫，焊接參數(shù)如表1所示。

表1 焊接參數(shù)

側(cè)梁與橫梁補板U型焊縫采用單邊V型坡口角接焊縫，板厚8 mm，焊絲牌號是G4Si1，焊絲直徑為1.2 mm，焊接參數(shù)如表2所示。

表2 焊接規(guī)范參數(shù)

2.2.2 選擇合理的裝配和焊接順序

為了保證構(gòu)架的尺寸精度，提高裝配焊接效率和焊接質(zhì)量，批量生產(chǎn)的構(gòu)架均在工裝上組裝和焊接變位器上焊接，實現(xiàn)一次裝配和點焊，然后啟動變位器，使焊縫位于最佳施焊位置(平角焊)。采用的焊接順序為：先焊接對接焊縫和U型焊縫的TIG打底，然后再焊接對接焊縫的手工焊填充蓋面，最后分中對稱、由里向外，焊完構(gòu)架內(nèi)側(cè)焊縫后，再焊接構(gòu)架外部的焊縫，如圖2所示。

圖2 構(gòu)架焊接順序示意圖

2.3 焊點與焊縫尺寸的要求

焊點排列是為了避免焊接缺陷，使焊縫具有連續(xù)性，焊點位置盡可能放在角向砂輪便于打磨處，焊點間距為250 mm左右。正式焊接前要打磨焊點，避免焊接缺陷，為了減少焊接變形，在滿足工藝要求和不影響強度的情況下，焊縫尺寸應盡可能小(U型焊縫焊角尺寸略高于坡口平面15°～20°)。

2.4 焊接溫度的控制

焊接時，現(xiàn)場環(huán)境溫度應不低于10 ℃，濕度控制在80%以內(nèi)，為了限制和縮小受熱面積，層間溫度應保證在180 ℃以下。

3 焊后處理

焊完每一道焊縫后都要檢查焊縫質(zhì)量，及時清渣、修補，并將焊縫表面打磨圓滑。

4 矯正處理

熱調(diào)修時將構(gòu)架放在平衡胎上，用液壓工具頂?shù)胶线m尺寸后進行火焰矯正，采用線性加熱，溫度小于600 ℃，加熱寬度在30 mm范圍內(nèi)，熱調(diào)后讓構(gòu)架在自然狀態(tài)下慢慢冷卻。當變形較大時，熱調(diào)采用鍥性加熱，最大寬度為70 mm，2次加熱區(qū)域不小于50 mm的距離，如圖3所示。

圖3 構(gòu)架矯正示意圖

5 結(jié)論

采用此工藝方案后，通過一段時間的質(zhì)量跟蹤，構(gòu)架組裝焊接后，彈簧筒的平面度小于3 mm，焊后構(gòu)架整體的尺寸誤差在±1.5 mm之內(nèi)，滿足工藝要求，不僅產(chǎn)品質(zhì)量得到了提高，降低了返工率，也給下道工序的裝配提供了保證?！?/p>

(編輯：林素珍)

2095-5251(2016)06-0050-02

2016-05-06

何俊喜(1976-)，男，大專學歷，高級技師，從事構(gòu)架的焊接培訓工作。

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