時速250KM動車組構架橫梁焊接變形的控制

許大韋 蔡鴻亮

摘 要：橫梁是構架中的關鍵部件，在組裝焊接過程中易出現尺寸偏差、收縮等由焊接變形引起的問題，從而影響后道工序的組裝質量。尤其是動車組的正常運行速度：200Km/h;最高運行速度：220Km/h;最高試驗速度：250Km/h;輪距2700mm。經過長時間的現場跟蹤及研究分析，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，從而保證了構架橫梁的焊接產品質量。

關鍵詞：橫梁焊接;變形;控制

前言：

橫梁是構架的重要承載部件，它除了起著連接側梁和支撐車體的重要作用外，還有連接制動吊座、齒輪箱支架、電機支架的作用，對車輛的運行起到決定性的作用。由于焊接變形及應力集中等問題，對橫梁的產品質量產生了極大的影響。為了提高構架產品的質量，保證車輛行車安全，對于控制橫梁的焊接變形顯得非常重要。

動車組構架的焊接橫梁是一個典型的箱型結構，材料是EN10028- P355NL1，板厚6-12mm。

1工藝簡介

此構架工藝要求焊后不進行熱處理，采用的焊接方法以TIG打底、MAG及手工焊條焊填充、蓋面為主，來降低構架的應力集中。

橫梁上下蓋板對接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。內部環焊縫45度單V型坡口，采用MAG焊接。

2.橫梁焊接的焊接變形

2.1 橫梁焊接時出現的焊接變形

由于設計、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，常出現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以上的現象，此現象造成與制動吊座、齒輪箱支架、電機支架連接時，間隙過大，給組裝造成很大困難。通過對橫梁的結構和工藝詳細分析，由于板厚薄、橫梁內、外腹板間窄而長中間筋板又只有3塊，焊接后會出現扭曲變形，找出影響焊接變形的原因，確保了焊接質量，為順利實現后序加工及滿足裝配質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，使焊縫區熔化，而與熔池相鄰的高溫區材料的熱膨脹，則受到周圍材料的限制，而產生不均勻的壓縮性變形。在冷卻過程中，已發生壓縮塑性變形的這部分材料又受到周圍條件的制約，而不能自由收縮，在不同程度上又被拉伸，與此同時，熔池凝固，金屬冷卻收縮時產生了相應的收縮拉應力和變形。

動車組構架橫梁是由交錯的筋板與底板和上蓋板組成，蓋板采用開V型坡口對接形式，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焊接變形有著很大的影響。

2.2.1接頭形式對焊接變形的影響

橫梁是由筋板，底板與上蓋板焊接成一個箱體，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

用相同焊接參數焊接時，先焊的焊縫引起變形大，需調整焊縫順序來控制變形，同一條焊縫，不同的焊接方向會使焊接結構產生不同的變形。在動車構架焊接時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→腹板點焊→內腔焊接→組裝筋板→筋板焊接及焊縫清理檢查→安裝左、右下蓋板→下蓋板點焊→（型腔內）八段焊縫焊接→調整下蓋板平面度→縱向外腹板裝配→縱向外腹板點焊→縱向腹板焊接→筋板組裝→筋板滿焊→縱向內腹板組裝→縱向內腹板點焊→中部下蓋板組裝→中部下蓋板點焊。按照以上順序很好的控制了焊接變形并在生產中得到了廣泛的應用。

反變形法

根據多年的現場工作經驗，以及對于焊接變形理論的理解，從而預測的焊接變形大小和方向，在待焊工件裝配時造成與焊接殘余變形大小相當，方向相反的反變形量，焊后焊接殘余變形抵消了反變形量，使其回復到設計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，杠桿調整至上蓋板與底板平面度達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量，批量生產的橫梁均在工裝上組裝和焊接翻轉機上焊接，實現一次裝配和點焊，然后起動翻轉機，使焊縫位于最佳施焊位置（平角焊）.

采用的焊接順序為：底面采用分中對稱、先橫后縱、旋轉側立時，分中對稱、由外向里，焊完箱體內焊縫后，再焊接箱體外部的焊縫，分中對稱，全部打底完后再原來的順序蓋面，最后焊接蓋板對接焊縫。

3.焊后矯正處理

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

參考文獻：

[1]宋天虎等，《焊接手冊――焊接結構》，機械工業出版社，2001年7月第二版

[2]宋天虎等，《焊接手冊――焊接方法設備》，機械工業出版社，2001年7月第二版

[3]朱玉義，《焊工實用技術手冊》，江蘇科學技術出版社，1998年6月