淺談城市軌道客車不銹鋼車體鋼結(jié)構(gòu)焊后變形的矯正

中車長春軌道客車股份有限公司 吉林 長春 130062

引言

隨著科技的高速發(fā)展,地鐵的建設(shè)步伐日益加快。在保證強度的前提下,節(jié)材減重是一個重要發(fā)展方向,但受到地理環(huán)境的影響,大多數(shù)金屬無法滿足上述條件。不銹鋼具有抗腐蝕、銹蝕和磨損等優(yōu)點,是金屬材料中強度最高的材料之一。由于不銹鋼具有良好的耐腐蝕性,所以它能使結(jié)構(gòu)部件永久地保持工程設(shè)計的完整性。綜合以上優(yōu)點不銹鋼在車體結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用也日益廣泛。自2002年開始,長春軌道客車股份有限公司成立國內(nèi)第一條不銹鋼城市軌道車輛車體鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)線,通過自身研究和探索以及不斷地結(jié)合歐洲先進(jìn)的技術(shù),先后制造完成了北京2號線、5號線、深圳3號線、西安線、天津濱海線等多個B型國產(chǎn)地鐵客車項目。但是,隨著技術(shù)升級和持續(xù)開拓國際市場,這條生產(chǎn)線又先后制造完成了巴西里約、香港沙中線、美國地鐵、墨爾本地鐵等多個A型車不涂裝不銹鋼城鐵客車出口項目。這標(biāo)志著我國高速鐵路客車進(jìn)入了一個新時代。

然而在這些城市軌道不涂裝不銹鋼車體項目的實際生產(chǎn)中,由于不銹鋼本身焊接的特點,加上車體結(jié)構(gòu)為滿足節(jié)材減重的要求,大多數(shù)采用料較薄及有閉式空型梁結(jié)構(gòu),這使得焊后幾何尺寸發(fā)生變化,造成車體形位公差難以達(dá)到工藝標(biāo)準(zhǔn)。所以,在實際生產(chǎn)中,如何解決這些問題成為了生產(chǎn)的關(guān)鍵。本文就不銹鋼車體鋼結(jié)構(gòu)焊接后變形的矯正進(jìn)行了分析。

1 不銹鋼材料產(chǎn)生變形的原因

焊接是一種不均勻加熱的過程,熱影響區(qū)內(nèi)容易產(chǎn)生晶間腐蝕,使不銹鋼失去耐腐蝕能力,焊后焊縫及熱影響區(qū)金屬因冷卻而收縮,在金屬內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力,再加上不銹鋼熱傳導(dǎo)率低,熱膨脹系數(shù)大,約為普通鋼的5-6倍,因此造成不銹鋼焊接變形量較大。由于不銹鋼材料強度大,應(yīng)力集中現(xiàn)象給矯正工作帶來了很大困難。

2 不銹鋼焊后變形矯正的方式和運用

2.1 壓力調(diào)修 壓力調(diào)修是利用金屬的塑性,采用外加壓力的方式對不銹鋼焊接件的變形區(qū)域進(jìn)行矯正,優(yōu)點在于不需要對焊接件進(jìn)行再次加熱處理,對焊縫及焊接熱影響區(qū)的內(nèi)部組織不會產(chǎn)生影響。缺點在于受設(shè)備及結(jié)構(gòu)的影響局限性比較大。在美國波士頓紅、橙線地鐵項目中,由于激光焊接之后,又用弧焊焊接加強構(gòu)件,使分塊側(cè)墻弧形變形嚴(yán)重,影響后續(xù)探傷設(shè)備運行和側(cè)墻合成,我們運用壓力調(diào)修法進(jìn)行弧形調(diào)修。

具體操作步驟如下：

(1)將墊木放在側(cè)墻下方門口立和窗口立柱位置,墊木與立柱之間留有25mm—30mm距離,支撐墊木設(shè)置在墻板待調(diào)修部位與調(diào)修受力方向保持垂直,避免調(diào)修過程中,下壓力過大產(chǎn)生墻板變形,保證調(diào)修效果。

(2)在施壓部位表面增加墊塊,防止墻板表面被劃傷。同時,墊塊可以增加墻板受力的面積,確保受力方向穩(wěn)定,防止壓力模塊對墻板表面產(chǎn)生壓痕。

(3)將壓力模塊對準(zhǔn)調(diào)修位置,撥動壓力機下壓裝置桿,使下壓模塊勻速下降,保證墻板在進(jìn)行壓力調(diào)修過程中模塊兩端變形均勻,且保持穩(wěn)定的狀態(tài)。調(diào)修時注意壓力模塊的進(jìn)給行程,先初步設(shè)定一個較小的進(jìn)給行程,松開后查看變形矯正的效果；如果矯正效果不好,再次矯正時適當(dāng)增加壓頭行程。如此反復(fù)摸索變形調(diào)修所需要的力,逐漸矯正變形以滿足技術(shù)要求。

3 霞普氣焰調(diào)修

霞普氣焰調(diào)修是利用金屬具有熱脹冷縮性質(zhì),對焊件焊后變形部位進(jìn)行反變形的一種方法。影響火焰調(diào)修效果的因素主要是火焰熱量和火焰加熱位置。一般來說,熱量越大,矯正能力越強,但熱量過大會造成結(jié)構(gòu)性能的下降,對于不銹鋼來說,火焰調(diào)修溫度控制在400-600攝氏度左右,這個溫度對焊接結(jié)構(gòu)的硬度跟強度都不會產(chǎn)生太大影響。溫度超過600攝氏度,易產(chǎn)生晶間腐蝕,焊接結(jié)構(gòu)的硬度明顯降低。

火焰調(diào)修是目前不銹鋼結(jié)構(gòu)焊接焊后調(diào)修中應(yīng)用廣泛的一種調(diào)修方式。調(diào)修過程中的溫度控制十分重要,現(xiàn)以霞普氣替代了原先的氧乙炔進(jìn)行調(diào)修。霞普氣燃點高、燃燒速度慢、爆炸極限范圍小、化學(xué)性質(zhì)不活潑,因此不易產(chǎn)生回火爆炸。對溫度、壓力、沖擊力等外界條件的敏感度不像乙炔那么高。加熱時烤槍火焰與工件角度一般在70度到80度之間,調(diào)修溫度一般控制在400攝氏度到600攝氏度之間,對于操作者的經(jīng)驗,技術(shù)要求很高,烤槍走向及火焰高度的選擇也十分重要。

在不銹鋼車體生產(chǎn)過程中,側(cè)墻門口立柱結(jié)構(gòu)復(fù)雜,為提高門口區(qū)域的承載能力往往使用較厚的材料,所以在焊接過后變形也相對較大,致使側(cè)墻門口弧型發(fā)生變形,影響到車體裝配推拉門的安裝。為解決這一問題需要對變形處進(jìn)行火焰調(diào)修。

具體操作步驟如下：

(1)對需要調(diào)整弧形的位置用撐桿進(jìn)行調(diào)整,同時用弧形檢測樣板進(jìn)行測量觀察,以超出公差2mm效果為最佳。這樣可以避免在調(diào)修過后松開撐桿時產(chǎn)生回彈。

(2)打開火焰槍調(diào)整火焰大小,用中性焰進(jìn)行線性加熱調(diào)修位置,調(diào)修過程中火焰溫度控制在600攝氏度以內(nèi),烘烤門口立柱的上平面立筋位置可以釋放立柱的最大應(yīng)力。

(3)冷水急澆烘烤位置,用弧形樣板進(jìn)行測量觀察,如果此時弧形進(jìn)出差值過大,可適量調(diào)整撐桿也可適時輔以錘擊釋放一下應(yīng)力,然后再繼續(xù)澆水直至澆涼。

(4)松開撐桿,用弧形樣板進(jìn)行檢驗,用伸縮尺測量調(diào)修后的尺寸,如檢測超出公差可進(jìn)行二次火焰調(diào)修。

注意：經(jīng)過多次加熱不銹鋼立柱會出現(xiàn)加工硬化現(xiàn)象,不銹鋼車體外墻板也會在加熱時受到間接影響產(chǎn)生波浪變形,不銹鋼墻板的波浪變形更不容易調(diào)修,所以調(diào)修應(yīng)盡量控制在三次以內(nèi)完成。

4 結(jié)論

不銹鋼具有優(yōu)良的焊接性,幾乎所有的焊接方法都可用于不銹鋼的焊接。在保證強度的前提下,為了節(jié)材減重不銹鋼通常用料較薄,加熱后很容易產(chǎn)生變形。通過以上的分析,說明只有合理選擇焊后矯正的方式,才可以有效的矯正變形,防止產(chǎn)生二次變形增加矯正難度。