時(shí)速250KM動(dòng)車(chē)組構(gòu)架橫梁焊接變形的控制

許大韋 蔡鴻亮

摘 要：橫梁是構(gòu)架中的關(guān)鍵部件，在組裝焊接過(guò)程中易出現(xiàn)尺寸偏差、收縮等由焊接變形引起的問(wèn)題，從而影響后道工序的組裝質(zhì)量。尤其是動(dòng)車(chē)組的正常運(yùn)行速度：200Km/h;最高運(yùn)行速度：220Km/h;最高試驗(yàn)速度：250Km/h;輪距2700mm。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的現(xiàn)場(chǎng)跟蹤及研究分析，找出了橫梁焊接變形的原因，提出了控制焊接變形的措施，使橫梁由于焊接引起的尺寸偏差、收縮等變形得到有效的控制，從而保證了構(gòu)架橫梁的焊接產(chǎn)品質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：橫梁焊接;變形;控制

前言：

橫梁是構(gòu)架的重要承載部件，它除了起著連接側(cè)梁和支撐車(chē)體的重要作用外，還有連接制動(dòng)吊座、齒輪箱支架、電機(jī)支架的作用，對(duì)車(chē)輛的運(yùn)行起到?jīng)Q定性的作用。由于焊接變形及應(yīng)力集中等問(wèn)題，對(duì)橫梁的產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生了極大的影響。為了提高構(gòu)架產(chǎn)品的質(zhì)量，保證車(chē)輛行車(chē)安全，對(duì)于控制橫梁的焊接變形顯得非常重要。

動(dòng)車(chē)組構(gòu)架的焊接橫梁是一個(gè)典型的箱型結(jié)構(gòu)，材料是EN10028- P355NL1，板厚6-12mm。

1工藝簡(jiǎn)介

此構(gòu)架工藝要求焊后不進(jìn)行熱處理，采用的焊接方法以TIG打底、MAG及手工焊條焊填充、蓋面為主，來(lái)降低構(gòu)架的應(yīng)力集中。

橫梁上下蓋板對(duì)接V型30度坡口，間隙3-5mm，采用的焊接方法是TIG打底、手工焊條焊填充、蓋面。橫梁外部焊縫50度單V型坡口，間隙2-3mm，采用TIG打底及MAG填充、蓋面。內(nèi)部環(huán)焊縫45度單V型坡口，采用MAG焊接。

2.橫梁焊接的焊接變形

2.1 橫梁焊接時(shí)出現(xiàn)的焊接變形

由于設(shè)計(jì)、工藝等方面的原因，工藝文件要求平面度不大于1mm，焊后整體尺寸誤差不大于1mm。但在組裝時(shí)，常出現(xiàn)筋板與下面板垂直度尺寸偏差3mm左右，上下蓋板的平面度相差5mm以上的現(xiàn)象，此現(xiàn)象造成與制動(dòng)吊座、齒輪箱支架、電機(jī)支架連接時(shí)，間隙過(guò)大，給組裝造成很大困難。通過(guò)對(duì)橫梁的結(jié)構(gòu)和工藝詳細(xì)分析，由于板厚薄、橫梁內(nèi)、外腹板間窄而長(zhǎng)中間筋板又只有3塊，焊接后會(huì)出現(xiàn)扭曲變形，找出影響焊接變形的原因，確保了焊接質(zhì)量，為順利實(shí)現(xiàn)后序加工及滿足裝配質(zhì)量提供了必要的條件

2.2橫梁焊接變形的原因

焊接變形是在焊接冶金過(guò)程中由于焊接熱輸入引起材料不均勻的局部加熱，使焊縫區(qū)熔化，而與熔池相鄰的高溫區(qū)材料的熱膨脹，則受到周?chē)牧系南拗?，而產(chǎn)生不均勻的壓縮性變形。在冷卻過(guò)程中，已發(fā)生壓縮塑性變形的這部分材料又受到周?chē)鷹l件的制約，而不能自由收縮，在不同程度上又被拉伸，與此同時(shí)，熔池凝固，金屬冷卻收縮時(shí)產(chǎn)生了相應(yīng)的收縮拉應(yīng)力和變形。

動(dòng)車(chē)組構(gòu)架橫梁是由交錯(cuò)的筋板與底板和上蓋板組成，蓋板采用開(kāi)V型坡口對(duì)接形式，腹板與底板和上蓋板采用角焊縫形式， 這樣的條件下焊縫的熱輸入或焊接順序都對(duì)焊接變形有著很大的影響。

2.2.1接頭形式對(duì)焊接變形的影響

橫梁是由筋板，底板與上蓋板焊接成一個(gè)箱體，主要采用單邊V型坡口角焊縫的形式，這種接頭形式即能夠保證焊縫的焊透，又能滿足性能要求，不用翻轉(zhuǎn)焊件，但是焊縫的填充的金屬量較大， 焊后的殘余變形較大，橫梁更容易產(chǎn)生變形。

2.2.2裝配、順序、方法控制焊接變形

用相同焊接參數(shù)焊接時(shí)，先焊的焊縫引起變形大，需調(diào)整焊縫順序來(lái)控制變形，同一條焊縫，不同的焊接方向會(huì)使焊接結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不同的變形。在動(dòng)車(chē)構(gòu)架焊接時(shí)我用的方法是上蓋板上工裝定位→劃筋板組裝線→組裝橫向腹板→腹板點(diǎn)焊→內(nèi)腔焊接→組裝筋板→筋板焊接及焊縫清理檢查→安裝左、右下蓋板→下蓋板點(diǎn)焊→（型腔內(nèi)）八段焊縫焊接→調(diào)整下蓋板平面度→縱向外腹板裝配→縱向外腹板點(diǎn)焊→縱向腹板焊接→筋板組裝→筋板滿焊→縱向內(nèi)腹板組裝→縱向內(nèi)腹板點(diǎn)焊→中部下蓋板組裝→中部下蓋板點(diǎn)焊。按照以上順序很好的控制了焊接變形并在生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。

反變形法

根據(jù)多年的現(xiàn)場(chǎng)工作經(jīng)驗(yàn)，以及對(duì)于焊接變形理論的理解，從而預(yù)測(cè)的焊接變形大小和方向，在待焊工件裝配時(shí)造成與焊接殘余變形大小相當(dāng)，方向相反的反變形量，焊后焊接殘余變形抵消了反變形量，使其回復(fù)到設(shè)計(jì)要求的尺寸與幾何型面。

剛性固定法

在上蓋板與底板之間處，焊前用螺旋杠桿支撐，杠桿上下端部與上下面板之間夾具固定，杠桿調(diào)整至上蓋板與底板平面度達(dá)到工藝要求尺寸保證腹板間距148±0.5mm，兩端158±0.5mm控制了上、下蓋板的平面度。

2.2.3選擇合理焊接順序

為了保證橫梁的尺寸精度，提高裝配焊接效率和焊接質(zhì)量，批量生產(chǎn)的橫梁均在工裝上組裝和焊接翻轉(zhuǎn)機(jī)上焊接，實(shí)現(xiàn)一次裝配和點(diǎn)焊，然后起動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)，使焊縫位于最佳施焊位置（平角焊）.

采用的焊接順序?yàn)椋旱酌娌捎梅种袑?duì)稱(chēng)、先橫后縱、旋轉(zhuǎn)側(cè)立時(shí)，分中對(duì)稱(chēng)、由外向里，焊完箱體內(nèi)焊縫后，再焊接箱體外部的焊縫，分中對(duì)稱(chēng)，全部打底完后再原來(lái)的順序蓋面，最后焊接蓋板對(duì)接焊縫。

3.焊后矯正處理

熱調(diào)修時(shí)將橫梁放在支架上，用液壓工具將上下蓋板頂?shù)胶线m尺寸后進(jìn)行火焰矯正，采用線性加熱溫度小于600度，加熱寬度在30毫米范圍內(nèi)，熱調(diào)后讓橫梁在室溫下冷卻。制動(dòng)吊座，齒輪箱支架，電機(jī)支架的熱調(diào)采用鍥性加熱，最大寬度為70毫米，兩次加熱區(qū)域不小于50毫米的距離。（只限于上，下面板的平面度），工藝改進(jìn)效果工藝改進(jìn)后，橫梁整體的誤差和變形都小了返工率大大降低了，不僅產(chǎn)品質(zhì)量得到了提高，而且給下工序的裝配提供了好的保證。

參考文獻(xiàn)：

[1]宋天虎等，《焊接手冊(cè)――焊接結(jié)構(gòu)》，機(jī)械工業(yè)出版社，2001年7月第二版

[2]宋天虎等，《焊接手冊(cè)――焊接方法設(shè)備》，機(jī)械工業(yè)出版社，2001年7月第二版

[3]朱玉義，《焊工實(shí)用技術(shù)手冊(cè)》，江蘇科學(xué)技術(shù)出版社，1998年6月