焊接工藝對客車骨架T 形接頭強(qiáng)度的影響

雷煥華

銀隆新能源股份有限公司 廣東 珠海 519000

全承載式客車車身結(jié)構(gòu)形式具備質(zhì)量較輕、機(jī)械剛度水平較高,以及安全性技術(shù)性能表現(xiàn)狀態(tài)較好等優(yōu)點,正在成為我國開展客車車身結(jié)構(gòu)設(shè)計工作過程中的主流選擇?？蛙嚬羌芙Y(jié)構(gòu)作為全承載式客車主體重量的基本承載體,本身是在利用型鋼材料基礎(chǔ)上經(jīng)由焊接加工過程而獲取的空間超靜定薄壁桿件技術(shù)結(jié)構(gòu)形式,其在自身實際具備的機(jī)械強(qiáng)度參數(shù)與機(jī)械剛度參數(shù)方面,均嚴(yán)格滿足一定的技術(shù)規(guī)范要求。在全承載式客車骨架技術(shù)形式之中,通常存在和分布著數(shù)量眾多的接頭技術(shù)結(jié)構(gòu),并且其本身具備著復(fù)雜且多樣的基本結(jié)構(gòu)形式,在具體的技術(shù)環(huán)境中極易形成和展示出局部高應(yīng)力現(xiàn)象。在客車生產(chǎn)制造活動領(lǐng)域的實際化技術(shù)工況之中,受多種因素的共同影響制約,接頭技術(shù)結(jié)構(gòu)之中極易出現(xiàn)斷裂技術(shù)缺陷,給客車產(chǎn)品在具體行駛過程中的安全性和穩(wěn)定性造成嚴(yán)重不良影響。焊接工藝是客車產(chǎn)品骨架結(jié)構(gòu)生產(chǎn)制造過程中應(yīng)用的主要技術(shù)工藝類型之一,在實際開展的焊接加工技術(shù)活動過程中,焊接殘余應(yīng)力參數(shù)與焊接殘余變形參數(shù)對接頭技術(shù)結(jié)構(gòu)的實際性能表現(xiàn)狀態(tài)具備著直接且深刻的影響作用,在一定程度上直接且深刻地影響和制約著客車產(chǎn)品生產(chǎn)制造過程中的整體質(zhì)量水平和安全性水平。有鑒于上述研究背景,本文將會圍繞焊接工藝對客車骨架T 形接頭強(qiáng)度的影響論題,展開簡要闡釋。

一、研究方案的制定與T 形接頭設(shè)置位置的選取

圖1 T 形接頭在客車車廂結(jié)構(gòu)中的設(shè)置位置

在以某12.00m 全承載式客車產(chǎn)品車身結(jié)構(gòu)作為基礎(chǔ)條件下,選擇其底部骨架結(jié)構(gòu)之上3處具備較高機(jī)械應(yīng)力水平的T 形接頭組件作為研究分析對象,針對T 形接頭組件在多種焊接操作順序,以及焊接電流參數(shù)設(shè)置狀態(tài)條件下實際發(fā)生的焊接變形現(xiàn)象展開全面系統(tǒng)的測量與梳理,繼而運用試驗過程中測定獲取的數(shù)據(jù)信息建立形成經(jīng)歷變形技術(shù)過程中后的T 形接頭組件的有限元分析模型。借由針對T 形接頭技術(shù)組件端部位置施加反向位移,具體獲取其不同技術(shù)處理方案條件之下的焊接變形應(yīng)力結(jié)果。針對實際選取的T 形接頭技術(shù)組件的局部位置選擇殼單元方法重新實施網(wǎng)格劃分處理,建構(gòu)形成客車車身結(jié)構(gòu)的整體性梁殼混合處理技術(shù)模型,繼而針對入選研究的T 形接頭技術(shù)組件在整車實際技術(shù)工況條件下的工作應(yīng)力表現(xiàn)狀態(tài)展開全面系統(tǒng)的分析統(tǒng)計。在將焊接變形機(jī)械應(yīng)力參數(shù)引入整車分析技術(shù)過程條件下,具體測算獲取T形接頭技術(shù)參數(shù)的實際應(yīng)力水平數(shù)據(jù)。

本次研究中選取的3個T形接頭技術(shù)組件的空間分布位置如圖1所示,T形接頭技術(shù)組件的桿件截面位置尺寸參數(shù)均為40.00mmx40.00mm(其壁厚參數(shù)為2.00mm),其制備材料的型號參數(shù)為Q235。

二、焊接過程操作順序?qū) 形接頭組件機(jī)械強(qiáng)度參數(shù)的影響

圖2 固定點設(shè)置位置與測試點設(shè)置位置的圖示

選擇T 形接頭技術(shù)組件焊接生產(chǎn)加工過程中的技術(shù)操作順序作為本次試驗研究過程中的基礎(chǔ)變量,擇取與本次研究過程中涉及的T形接頭技術(shù)組件截面尺寸參數(shù)完全相同的方鋼材料組織開展具體化的焊接試驗技術(shù)過程。在實際開展的試驗技術(shù)環(huán)節(jié)中,4個固定點的位置設(shè)置方案與12個測試點的位置設(shè)置如圖2 所示,且各個固定點設(shè)置位置與中線交點設(shè)置位置之間的距離參數(shù)L1、L2、L3,以及L4的測定數(shù)值均為230.00mm；各個測試點設(shè)置位置與固定點設(shè)置位置所處的梁截面結(jié)構(gòu)之間的距離參數(shù)L5、L7、L10、L12、L13,以及L15 的測定數(shù)值均為100.00mm,而其他測試點設(shè)置位置之間的相互距離參數(shù)L6、L8、L9、L11、L14,以及L16的測定數(shù)值均為100.00mm。

中線交點設(shè)置位置P 相對于主梁結(jié)構(gòu)上固定點設(shè)置位置P1、固定點設(shè)置位置P3在空間Y 方向與空間Z方向上實際發(fā)生的機(jī)械變形現(xiàn)象分別為△Y1和△Z1；中線交點設(shè)置位置P相較固定點設(shè)置位置P2與固定點設(shè)置位置P4在空間X 方向與空間Z方向上發(fā)生的機(jī)械變形現(xiàn)象分別為△X2和△Z2。

為支持和助力試驗測量技術(shù)過程能夠便捷有序組織開展,應(yīng)當(dāng)在T 形接頭技術(shù)組件的基礎(chǔ)上增加安裝輔助梁技術(shù)組件。在實際開展的試驗技術(shù)活動過程中,要在完成針對翼梁結(jié)構(gòu)的縫焊技術(shù)環(huán)節(jié)后,立即開展主梁結(jié)構(gòu)殘余變形的測量分析,之后針對輔助梁技術(shù)結(jié)構(gòu)實施點焊技術(shù)處理,并接續(xù)測量分析翼梁技術(shù)結(jié)構(gòu)發(fā)生的殘余變形。

綜合考量分析客車產(chǎn)品骨架結(jié)構(gòu)在焊接技術(shù)過程中發(fā)生的實際操作情況(要先完成設(shè)置在上方位置的3條焊縫結(jié)構(gòu),在經(jīng)由整體翻轉(zhuǎn)處理之后,補(bǔ)充焊接設(shè)置在下方位置的1條焊縫結(jié)構(gòu)),結(jié)合圖3中列示的的焊點編號信息,本項試驗設(shè)計并且運用了8種焊接技術(shù)操作順序方案,詳情參見表1。

表1 焊接技術(shù)操作順序的試驗方案

圖3 T 形接頭焊接點的編號方案

在實際化的試驗技術(shù)環(huán)節(jié)開展過程中,每組樣本的選取數(shù)量均為5個,且試驗技術(shù)過程中測定獲取的數(shù)據(jù)結(jié)果均為矢量數(shù)據(jù),以坐標(biāo)軸的正方向作為矢量數(shù)據(jù)測定獲取過程中的正方向。運用試驗測量結(jié)果與數(shù)據(jù)修正方式獲取到T 形接頭技術(shù)組件中線交點位置的平均變形值,參見表2。

表2 平均變形值測定數(shù)據(jù)結(jié)果分布(μm)

遵照圖3中列示的T 形接頭焊接點的編號方案,依次針對前文中列示的八種焊接操作順序設(shè)計方案開展坐標(biāo)變換處理,可具體獲取到32種焊接操作順序設(shè)計方案,參見表3：

借由圖3中列示的數(shù)據(jù)信息,可以建構(gòu)形成經(jīng)由變形處理基礎(chǔ)之上的T 形接頭組件有限元分析技術(shù)模型,繼而在仿真計算處理基礎(chǔ)上,可以具體獲取到不同焊接操作順序技術(shù)方案運用背景之下的焊接變形應(yīng)力測算數(shù)據(jù)結(jié)果分布。

表3 焊接操作順序操作方案分布

方案編號 1不同操作步2驟 下的焊接加3工 操作順序4 B4 P2→P1 P3→P2 P4→P1 P3→P4 C1 P2→P1 P1→P4 P2→P3 P3→P4 C2 P4→P3 P3→P2 P4→P1 P1→P2 C3 P3→P4 P4→P1 P3→P2 P2→P1 C4 P1→P2 P2→P3 P1→P4 P4→P3 D1 P2→P1 P4→P1 P3→P2 P3→P4 D2 P4→P3 P2→P3 P1→P4 P1→P2 D3 P3→P4 P1→P4 P2→P3 P2→P1 D4 P1→P2 P3→P2 P4→P1 P4→P3 E1 P1→P4 P2→P3 P1→P2 P4→P3 E2 P3→P2 P4→P1 P3→P4 P2→P1 E3 P4→P1 P3→P2 P4→P3 P1→P2 E4 P2→P3 P1→P4 P2→P1 P3→P4 F1 P4→P1 P3→P2 P1→P2 P4→P3 F2 P2→P3 P1→P4 P3→P4 P2→P1 F3 P1→P4 P2→P3 P4→P3 P2→P1 F4 P3→P2 P4→P1 P2→P3 P3→P4 G1 P1→P4 P2→P3 P2→P1 P3→P4 G2 P3→P2 P4→P1 P4→P3 P1→P2 G3 P4→P1 P3→P2 P3→P4 P2→P1 G4 P2→P3 P1→P4 P1→P2 P4→P3 H1 P4→P1 P3→P2 P2→P1 P3→P4 H2 P2→P3 P1→P4 P4→P3 P1→P2 H3 P1→P4 P2→P3 P3→P4 P2→P3 H4 P3→P2 P4→P1 P1→P2 P4→P3

結(jié)束語

圍繞焊接工藝對客車骨架T 形接頭強(qiáng)度的影響論題,本文結(jié)合具體的客車產(chǎn)品實例展開了簡要的闡釋分析,切實在客車產(chǎn)品骨架結(jié)構(gòu)T 形接頭焊接加工生產(chǎn)過程中做好對焊接操作順序,以及焊接電流參數(shù)等技術(shù)化因素的控制干預(yù)工作,能有效規(guī)避焊接加工生產(chǎn)過程中變形應(yīng)力要素與工作應(yīng)力要素之間的相互疊加,繼而有效控制和降低接頭技術(shù)點位實際遭受的機(jī)械應(yīng)力強(qiáng)度水平,繼而逐步改善提升車身骨架結(jié)構(gòu)的整體化機(jī)械承載性能。