安裝梁焊接變形分析以及控制

陳飛鵬

摘 要：某型動車車底安裝梁焊接量大，變形嚴重，經過多次驗證以及分析研究，通過對法蘭板焊接預制反變形、增加平面度保證工裝優化梁體端部焊接順序的方式，減少焊接變形，滿足安裝要求。

關鍵詞：動車；安裝梁；焊接變形

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.06.059

0 引言

此型動車組的安裝梁共有11根（如圖1），幾乎承載了所有車底架設備如主變壓器、空氣單元、變流器單元、水箱單元等，這些設備重量總重超過10噸，并且對振動等環境因素要求較高，因此對安裝梁的焊接質量和公差控制提出了較高的要求。此型動車組要求安裝梁梁體以及各安裝座的尺寸控制在±2mm以內，安裝梁通過法蘭板和車體連接，法蘭板本身與車體連接面的平面度要求控制在1mm以內；但由于整個安裝梁都是通過焊接組成的，焊接量非常大，產生的變形也非常大，所以有效控制焊接變形是非常關鍵的。本文通過對焊接變形量控制方法的研究，較好的控制了焊接變形，取得了很好的效果；良好的焊接變形量控制有利于提高車輛運行穩定性、安全性。安裝梁在車輛中安裝關系如圖2所示。

1 問題描述

1.1 法蘭板平面度易超差問題

安裝梁通過法蘭板與車體連接，其法蘭板平面度要求不超過1mm；如果超差，即便連接螺栓打滿扭矩，車體和安裝梁法蘭板安裝面之間仍然會存在間隙，這在車輛總裝中是不允許的；當出現這種情況時，必然導致安裝梁整體安裝不穩定，其負載的設備也處于不穩定狀態，在車輛長時間運行后必然導致設備的加速老化，甚至會出現安裝梁螺栓和設備安裝螺栓斷裂的情況，這將直接影響車輛運營的安全性。

在實際生產中我們發現，如果沒有采取必要措施來干預焊接過程，導致法蘭板平面度超差的可能性較高。

1.2 梁體中心和法蘭板中心偏離

安裝梁本身及其附件需大量焊接，焊點多同時有較長焊縫，在焊接完成后梁體與法蘭板之間產生變形，導致梁體中心線和法蘭板中心線不在一個平面上，同時沒有合適的工裝和檢查設備來檢測出安裝梁梁體和法蘭之間的具體偏差值，很難同時滿足梁體法蘭與車體之間的安裝公差和梁體內所承載設備的安裝公差。見圖三安裝梁結構。

2 原因分析

2.1 法蘭板平面度易超差的原因分析

法蘭板是由厚度為10mm的碳鋼板加工而成，與安裝梁連接部位三面都有4HV焊縫，焊接后產生的焊縫方向收縮力拉動法蘭板整體變形，其中部變形明顯形成凹面；由于法蘭板是10mm厚的鋼板，且是中部與梁體焊接，初期我們采用火焰調修法來調整變形量的效果較差。見圖四法蘭板結構以及平面度要求。

2.2 安裝梁梁體中心和法蘭板中心偏離的原因分析

（1）安裝梁端部焊縫多，并有兩條較長焊縫，每條長度大約600mm，故此位置焊接量大。并且端部和梁體之間的矩形管與鋼板是通過焊接連接的方式，四周均為4HV焊縫，焊后極易出現彎曲和扭曲變形，從而形成端部和梁體之間的變形角度。

（2）梁體本身為4mm厚的矩形管結構，四個面上都有附件安裝，而且附件較多，焊接量大，焊接完后梁體易產生波浪變形。

由于安裝梁端部和梁體本身都易在焊接完成后出現變形，導致與車體連接的法蘭板中心和與設備連接的梁體中心不在一個基準面。當公差較大時，導致調修困難，浪費大量工時，并可能延誤車輛總裝進度。

3 解決方案研究

3.1 法蘭板平面度超差的解決方案

由于法蘭板一側是一個平面，沒有安裝任何附件，因此在這一側增加剛性足夠的工裝以增加焊接過程中的剛性固定。同時根據法蘭板的變形方向和變形量，在焊接前增加工藝墊片預制反變形。通過這兩種方式能夠在很大程度上減少焊接變形。見圖五法蘭板焊接前工藝準備。

3.2 安裝梁梁體中心和法蘭板中心偏離的解決方案：

（1）根據變形位置的分布情況，結合焊縫分布特點，優化安裝梁端部的焊接順序，將易出現變形的的較長焊縫改為雙側交錯焊接，且將所有焊縫打底焊焊完后再進行蓋面焊接。經過多次驗證，效果顯著。見圖六端部優化焊接順序。

（2）安裝梁梁體的波浪變形是由于附件多引起的，在焊接中采用兩側對稱焊接附件的方式來減小焊接變形。

（3）針對法蘭板和梁體中心偏離和不易檢測的問題，經過多次試驗，最終確定以法蘭板中心為基準映射到平臺上，然后用平臺上的中心線將梁體每隔200mm取一個測量點，用塞尺測量安裝梁梁體的側面直線度（側彎），測量數據超過2mm的在相應位置做出標記。依據以上測量的數據，采用火焰調修的方式調修安裝梁。調修后重新測量各部位數據，檢查調修結果，如不合格須再次調修，直至合格。

4 方案驗證及效果

通過以上調整和優化，不僅解決了安裝梁在安裝設備時的尺寸偏差問題，還由于在焊接過程中減少了變形，提高了調修效率。通過對運營多年車輛的調查，我們發現安裝梁狀態良好，其承載的設備也未發現安裝性問題，為此型動車組安全高效的運行做出了貢獻。并以此推廣到其他型動車組的安裝梁焊接工作中，提高了工作效率。

參考文獻：

[1]姜留軍.淺談鋼結構焊接應力、變形的控制[J].企業家天地（下旬刊），2011（02）.

[2]劉春明.淺談焊接應力與變形的形成的控制措施[J].科技創業家，2011（01）.