淺談城市軌道客車不銹鋼車體鋼結構焊后變形的矯正

中車長春軌道客車股份有限公司 吉林 長春 130062

引言

隨著科技的高速發展,地鐵的建設步伐日益加快。在保證強度的前提下,節材減重是一個重要發展方向,但受到地理環境的影響,大多數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,所以它能使結構部件永久地保持工程設計的完整性。綜合以上優點不銹鋼在車體結構中的應用也日益廣泛。自2002年開始,長春軌道客車股份有限公司成立國內第一條不銹鋼城市軌道車輛車體鋼結構生產線,通過自身研究和探索以及不斷地結合歐洲先進的技術,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型國產地鐵客車項目。但是,隨著技術升級和持續開拓國際市場,這條生產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。這標志著我國高速鐵路客車進入了一個新時代。

然而在這些城市軌道不涂裝不銹鋼車體項目的實際生產中,由于不銹鋼本身焊接的特點,加上車體結構為滿足節材減重的要求,大多數采用料較薄及有閉式空型梁結構,這使得焊后幾何尺寸發生變化,造成車體形位公差難以達到工藝標準。所以,在實際生產中,如何解決這些問題成為了生產的關鍵。本文就不銹鋼車體鋼結構焊接后變形的矯正進行了分析。

1 不銹鋼材料產生變形的原因

焊接是一種不均勻加熱的過程,熱影響區內容易產生晶間腐蝕,使不銹鋼失去耐腐蝕能力,焊后焊縫及熱影響區金屬因冷卻而收縮,在金屬內產生應力,再加上不銹鋼熱傳導率低,熱膨脹系數大,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,應力集中現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 壓力調修 壓力調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域進行矯正,優點在于不需要對焊接件進行再次加熱處理,對焊縫及焊接熱影響區的內部組織不會產生影響。缺點在于受設備及結構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件,使分塊側墻弧形變形嚴重,影響后續探傷設備運行和側墻合成,我們運用壓力調修法進行弧形調修。

具體操作步驟如下：

(1)將墊木放在側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,支撐墊木設置在墻板待調修部位與調修受力方向保持垂直,避免調修過程中,下壓力過大產生墻板變形,保證調修效果。

(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,確保受力方向穩定,防止壓力模塊對墻板表面產生壓痕。

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

3 霞普氣焰調修

霞普氣焰調修是利用金屬具有熱脹冷縮性質,對焊件焊后變形部位進行反變形的一種方法。影響火焰調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構性能的下降,對于不銹鋼來說,火焰調修溫度控制在400-600攝氏度左右,這個溫度對焊接結構的硬度跟強度都不會產生太大影響。溫度超過600攝氏度,易產生晶間腐蝕,焊接結構的硬度明顯降低。

火焰調修是目前不銹鋼結構焊接焊后調修中應用廣泛的一種調修方式。調修過程中的溫度控制十分重要,現以霞普氣替代了原先的氧乙炔進行調修。霞普氣燃點高、燃燒速度慢、爆炸極限范圍小、化學性質不活潑,因此不易產生回火爆炸。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,對于操作者的經驗,技術要求很高,烤槍走向及火焰高度的選擇也十分重要。

在不銹鋼車體生產過程中,側墻門口立柱結構復雜,為提高門口區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,致使側墻門口弧型發生變形,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行火焰調修。

具體操作步驟如下：

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

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

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

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

注意：經過多次加熱不銹鋼立柱會出現加工硬化現象,不銹鋼車體外墻板也會在加熱時受到間接影響產生波浪變形,不銹鋼墻板的波浪變形更不容易調修,所以調修應盡量控制在三次以內完成。

4 結論

不銹鋼具有優良的焊接性,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,為了節材減重不銹鋼通常用料較薄,加熱后很容易產生變形。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,防止產生二次變形增加矯正難度。