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(yán)重，經(jīng)過多次驗證以及分析研究，通過對法蘭板焊接預(yù)制反變形、增加平面度保證工裝優(yōu)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(guān)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(shè)備如主變壓器、空氣單元、變流器單元、水箱單元等，這些設(shè)備重量總重超過10噸，并且對振動等環(huán)境因素要求較高，因此對安裝梁的焊接質(zhì)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(nèi)，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(nèi)；但由于整個安裝梁都是通過焊接組成的，焊接量非常大，產(chǎn)生的變形也非常大，所以有效控制焊接變形是非常關(guān)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(wěn)定性、安全性。安裝梁在車輛中安裝關(guān)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(dāng)出現(xiàn)這種情況時，必然導(dǎo)致安裝梁整體安裝不穩(wěn)定，其負(fù)載的設(shè)備也處于不穩(wěn)定狀態(tài)，在車輛長時間運行后必然導(dǎo)致設(shè)備的加速老化，甚至?xí)霈F(xiàn)安裝梁螺栓和設(shè)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(chǎn)中我們發(fā)現(xiàn)，如果沒有采取必要措施來干預(yù)焊接過程，導(dǎo)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(chǎn)生變形，導(dǎo)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(shè)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(nèi)所承載設(shè)備的安裝公差。見圖三安裝梁結(jié)構(gòu)。

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(chǎn)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(diào)修法來調(diào)整變形量的效果較差。見圖四法蘭板結(jié)構(gòu)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(xiàn)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(jié)構(gòu)，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(chǎn)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(xiàn)變形，導(dǎo)致與車體連接的法蘭板中心和與設(shè)備連接的梁體中心不在一個基準(zhǔn)面。當(dāng)公差較大時，導(dǎo)致調(diào)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(cè)是一個平面，沒有安裝任何附件，因此在這一側(cè)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(jù)法蘭板的變形方向和變形量，在焊接前增加工藝墊片預(yù)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(zhǔn)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(jù)變形位置的分布情況，結(jié)合焊縫分布特點，優(yōu)化安裝梁端部的焊接順序，將易出現(xiàn)變形的的較長焊縫改為雙側(cè)交錯焊接，且將所有焊縫打底焊焊完后再進行蓋面焊接。經(jīng)過多次驗證，效果顯著。見圖六端部優(yōu)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(cè)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(jīng)過多次試驗，最終確定以法蘭板中心為基準(zhǔn)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(cè)面直線度（側(cè)彎），測量數(shù)據(jù)超過2mm的在相應(yīng)位置做出標(biāo)記。依據(jù)以上測量的數(shù)據(jù)，采用火焰調(diào)修的方式調(diào)修安裝梁。調(diào)修后重新測量各部位數(shù)據(jù)，檢查調(diào)修結(jié)果，如不合格須再次調(diào)修，直至合格。

4 方案驗證及效果

通過以上調(diào)整和優(yōu)化，不僅解決了安裝梁在安裝設(shè)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(diào)修效率。通過對運營多年車輛的調(diào)查，我們發(fā)現(xiàn)安裝梁狀態(tài)良好，其承載的設(shè)備也未發(fā)現(xiàn)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：

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