鋼管車車架焊接變形控制方法
——以巴哈越野賽車車架為例

袁康皓 鐘慧瑩

(廣州市交通運(yùn)輸職業(yè)學(xué)校 廣東廣州 510000)

一、鋼管車車架焊接變形的類型及分類

焊接變形可分為面內(nèi)變形和面外變形。焊接變形的面內(nèi)變形可分為焊縫縱向收縮變形、橫向收縮變形和焊縫回轉(zhuǎn)變形，面外變形可分為角變形、彎曲變形、扭曲變形、失穩(wěn)波浪變形[1]。

焊接變形的類型有：縱向或橫向變形；彎曲變形；角變形；波浪變形；扭曲變形。其中，裝配質(zhì)量不好及焊接次第和方向不當(dāng)?shù)龋菀桩a(chǎn)生扭曲變形；薄板焊接容易產(chǎn)生波浪變形。

焊接過程中被焊工件受到不均勻溫度場(chǎng)的作用而產(chǎn)生的形狀、尺寸變化稱為焊接變形。隨溫度變化而變化的稱為焊接瞬時(shí)變形；被焊工件完全冷卻到初始溫度時(shí)的改變，稱為焊接殘余變形，經(jīng)分析，鋼管車車架焊接過程中主要影響為焊接瞬時(shí)變形[2]。

二、鋼管車車架焊接過程中出現(xiàn)變形的原因

焊接時(shí)，焊縫附件的高溫區(qū)金屬受周圍金屬的制約，產(chǎn)生不均勻的壓縮塑形變形，焊接后冷卻時(shí)，這部分壓縮的塑形金屬同樣受周圍冷態(tài)的金屬制約，不能自由收縮，導(dǎo)致了拉應(yīng)力和變形。其中常見的有：

（一）焊接定位夾具的固定

在對(duì)鋼管車架進(jìn)行焊接時(shí)，需要選擇具有較好剛性的定位設(shè)備和裝置，否則會(huì)使焊接管件在部分位置的外載影響下出現(xiàn)自由度固定不足的情況，引起車架結(jié)構(gòu)中的彈性變形，當(dāng)彈性變形存在于車架結(jié)構(gòu)中時(shí)，加熱溫度還原至初始均勻狀態(tài)或者局部位置的外載去除后，弱性的變形就會(huì)被釋放出來，從而造成焊接變形[3]。

圖1

（二）鋼管在開坡口處間隙控制不當(dāng)

在對(duì)車架進(jìn)行焊接時(shí)，為使坡口處得到更好的作用，通常會(huì)使焊接工件之間的間隙保持在1mm以內(nèi)。如果裝配的間隙控制不當(dāng)，就會(huì)引起焊接變形。即在進(jìn)行車架焊接時(shí)，如果裝配間的間隙太大，就會(huì)使已熔化的金屬從間隙中流出，給焊接造成極大的麻煩。此外，由于裝配件的間隙大小直接影響著焊接工作的工作量及熱輸入量，如果間隙控制不好，就會(huì)使焊接時(shí)間加長(zhǎng)，同時(shí)熱輸入量增大，引起的變形程度也就越大[4]。

圖2

（三）焊接不規(guī)范

車架焊接過程中，通常造成變形出現(xiàn)的原因主要是焊接不規(guī)范，即車架焊接工藝的不得當(dāng)和不正確。如焊接速度過慢、焊接接通的電流過大、焊條的直徑過大等。另外，車架焊接中焊接次序不當(dāng)、先進(jìn)行總拼接焊接、間斷性的焊接都會(huì)造成較大的焊接變形。故在進(jìn)行實(shí)際的焊接時(shí)，必須要規(guī)范焊接的相應(yīng)工作，以正確的焊接工藝進(jìn)行焊接。

圖3

（四）焊接工藝順序出現(xiàn)差錯(cuò)等

在對(duì)車架進(jìn)行焊接時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)車架的焊縫較長(zhǎng)，且分布的范圍也比較廣，所以焊縫的分布程度和焊接的順序?qū)附幼冃蔚某霈F(xiàn)和變形程度有著極大的影響。如在焊接順序或者焊縫的位置沒有達(dá)到對(duì)稱時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)線性縮短，嚴(yán)重則會(huì)出現(xiàn)焊接變形；焊縫橫截面的重心如與焊接接頭的橫截面重心出現(xiàn)偏離，角變形就會(huì)產(chǎn)生。總之，焊接過程中，焊縫的部位越多，變形程度就會(huì)越大。

圖4

三、焊接變形后對(duì)車架的影響

變形的危害：焊后尺寸不合格、影響美觀和降低承載能力。

應(yīng)力危害：降低結(jié)構(gòu)承受靜載能力、降低結(jié)構(gòu)剛度、降低構(gòu)件的尺寸穩(wěn)定性和增加應(yīng)力腐蝕開裂的傾向。

會(huì)使整車的穩(wěn)定性變差，操控性降低。因?yàn)閼覓於际呛附釉谲嚰軆蓚?cè)。隨之就是變形帶來的安全問題。

變形后車架會(huì)扭斜，而車架的功用是支撐、連接汽車的各總成，使各總成保持相對(duì)正確的位置，并承受汽車內(nèi)外的各種載荷，扭斜后各總成之間就會(huì)裝配不到位[5]。

四、車架焊接過程中焊接變形的控制方法

（一）反變形法

為抵消（補(bǔ)償）焊接變形，焊前進(jìn)行裝配時(shí)，先將工件向焊接變形相反方向進(jìn)行人為的變形。反變形法是常見的一種控制變形的方法。主要是在進(jìn)行車架焊接前，對(duì)焊接后逆行的方向、變形程度進(jìn)行預(yù)估，在正式進(jìn)行焊接時(shí)，于組合點(diǎn)固焊時(shí)進(jìn)行反方向變形的給予，以此對(duì)焊接變形進(jìn)行有效的抵消。需要注意的是，焊接手冊(cè)中的預(yù)估公式和圖像圖表不能精確地對(duì)數(shù)值進(jìn)行展示，因此，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)是一種有效的方式

（二）利用裝配和焊接順序來控制變形

裝配時(shí)應(yīng)盡可能減小焊件的變形，在焊接中采用正確的焊接方法和焊接順序來減小焊件的變形量。

（三）剛性固定法

增加焊接的剛性，則焊后的變形會(huì)減小。一般可采用夾具或支撐式臨時(shí)固定于剛性平臺(tái)上，或利用焊件本身構(gòu)成剛度大的組合體。除了常見的反變形法，剛性固定法也是有效控制焊接變形的一種方法。剛性固定法主要是通過對(duì)零件的固定對(duì)變形進(jìn)行限制。一般來說，采用焊接夾具進(jìn)行緊固和定位，焊接夾具的剛性越強(qiáng)，變形的幾率和變形程度就越小。但需要注意的是，焊接構(gòu)件的剛性越強(qiáng)，剛性固定法的效果就越差。因此，剛性固定法常使用在抑制波浪變形和角變形中[6]。

（四）散熱法

又稱強(qiáng)迫冷卻法，一般有水冷法和散熱墊法。

（五）錘擊焊縫法

用圓頭小錘錘擊焊縫，以減少接頭的焊接應(yīng)力和變形。

五、結(jié)束語

綜上所述，在對(duì)車架進(jìn)行焊接的過程中，還存在一定的問題，焊接變形就是其中最重要的問題，其變形程度影響著焊接效果。因此，在分析了造成焊接變形的原因后，必須針對(duì)變形類型采取相應(yīng)的控制措施，保證車架焊接的順利進(jìn)行，提高行業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。