车体组焊扭曲变形分析及解决措施

车体组焊扭曲变形分析及解决措施

闫学良薛俊伟张绪科莫延勋

中车南京浦镇车辆有限公司江苏南京210031

摘要：文章针对车体组焊试制变形的原因进行了简单的分析，提出了车体钢结构组焊工艺，并介绍了解决变形的措施。

关键词：车体组焊；扭曲变形；工艺要点；

1焊接变形的定义以及产生原因

1.1焊接变形的定义

物体在外力或温度等因素的作用下，其形状和尺寸发生变化，这种变化称为物体的变形。由焊接而引起的焊件尺寸的改变称为焊接变形。

1.2焊接变形产生的原因

产生焊接变形的因素很多，其中最根本的原因是焊件受热不均匀，其次是由于焊缝金属的收缩、金相组织的变化及焊件的刚度不同所致，下面着重介绍影响焊接变形的因素。1)金属的焊接是一个局部的加热过程，焊件上的温度分布极不均匀。在焊接过程中，由于不均匀加热，使焊缝和母材的受热部位在膨胀和冷却收缩时受到约束，最终导致焊后产生纵向和横向变形。2)焊缝金属的收缩，当焊缝金属冷却、由液态转为固态时，其体积要收缩。由于焊缝金属与母材是紧密联系的，因此，焊缝金属并不能自由收缩，这将引起整个焊件的变形。3)金属组织的变化，钢在加热及冷却过程中发生相变可得到不同的组织，这些组织的比体积不一样，由此也会造成焊接变形。4)焊件的刚性和拘束，刚性是指焊件抵抗变形的能力，而拘束是焊件周围物体对焊件变形的约束。焊件自身的刚性及受周围的拘束程度越大，焊接变形越小；反之，焊件自身的刚性及受周围的拘束程度越小，则焊接变形越大

2车体钢结构组焊工艺

2.1底架

工艺流程：（①枕梁组焊→加工、②缓冲梁组焊、③牵引梁组焊→安装座铆接）→端部底架组焊→底架框架组焊→波纹地板铺设焊接→底架翻转焊接→焊缝PT探伤→底架零件安装→交检。端部底架组焊工艺要点：以阿根廷电动车组枕梁为例，它采用上下盖板、枕梁腹板、空簧座板与牵引销座板组焊后整体加工工艺。加工过程：枕梁组成反放于平台上→划线→空气弹簧垫板平面、孔加工→牵引销轴平面、孔加工。底架框架组焊工艺要点：1）针对底架枕内横梁下翼面车下吊挂单元眼孔定位方式，工艺采用底架横梁精定位方法实现，并通过单元检测样板检测，跟踪前3台车，验证焊接收缩量，根据实施情况再做修正。2）严格控制边梁与横梁焊接顺序，一二位边梁与各横梁点固后，横梁上翼面与边梁焊缝在底架一次完成，焊接顺序从底架中心向两端交叉进行，横梁与边梁立焊采用对称逆向分段法施焊，焊接顺序从底架中心向两端交叉进行，立焊缝必须最后完成，防止两边梁扭曲变形。

2.2侧墙

工艺流程：鼓形断面侧墙骨架定位焊接→侧墙骨架焊接→调修→检测侧墙骨架弧度及平面度→激光成形侧墙板铺设→铺设骨架→骨架与墙板定位焊→侧墙总组→正面焊接→侧墙零件安装及交检。侧墙骨架组焊及调修工艺要点：1）根据侧墙门口结构及窗口布置，侧墙骨架分4段组焊；保证骨架组焊后各窗口、门口及各梁柱设计尺寸，充分考虑焊接收缩，对每段侧墙骨架进行工艺尺寸设计，施工时按工艺尺寸施工。2）因侧墙立柱、横梁采用帽形断面，骨架组焊后焊接内应力较大，对侧墙平整度影响较大，必须严格控制侧墙骨架平整度，加强此处焊接变形的控制，工艺措施：①在焊接内应力较大部位加反变形；②严格控制输入热量，按焊接工艺规范施焊；③侧墙骨架组焊后在组焊胎位上进行整形；④侧墙框架组焊后吊至侧墙框架调修台位打磨、整形。侧墙总组工艺要点：1）阿根廷电动车组侧墙为鼓形断面，针对其结构特点，采用先墙板、后骨架的组焊工艺，将侧墙板按单元上下板分段并采用激光切割成形、墙板无拉伸的组焊工艺，对墙板进行工艺分段后，保证墙板接缝在梁柱位置，取消侧墙窗口等离子切割工序，提高产品质量。2）侧墙板激光下料（塞焊孔、窗口加工完）后落入工装，对上墙板与下墙板之间进行定位焊，然后铺装侧墙骨架，通过压紧小车与R部垫块形成侧墙鼓形断面。（3）在预检侧墙各部尺寸达到工艺要求尺寸后，从中心向两端交错进行塞焊，边梁与墙板段焊必须最后完成。（4）纵向缝在窗间处采用60mm间距点固焊，焊后磨平，再焊接垫板，保证焊缝处平整，保证侧墙平面度。（5）墙板拼接后锤击垫板释放应力，施焊、打磨，外焊缝打磨须使用砂轮沿长度方向打磨，打磨后不得有明显凹凸现象。

2.3车顶

工艺流程：车顶大骨架组焊→车顶骨架正装→铺设侧顶板→铺设中顶板→中顶板纵向拉伸→车顶板与骨架定位焊→翻转焊接、试水→车顶零件安装→车顶交检。车顶骨架组焊工艺要点：（1）车顶采用通长边梁整体大骨架组焊工艺，整个车顶骨架组焊在专用的反组工装上进行。（2）为保证车顶骨架焊接后的设计尺寸，分别在高度、宽度、长度三个维度进行工艺设计，要求侧顶（R230mm弧度位）纵向不平度不大于2mm/3m，侧墙（R7000mm弧度部位）纵向不平度不大于3mm/3m。车顶正组工艺要点：1）3段车顶骨架对接后进行工序确认，用3m尺杆测量对接R230mm处不大于2mm。2）侧顶板、中顶板均采用通长板，中顶板拉伸力不小于30t；3）中顶板与侧顶板搭接焊缝采用先点固后焊接的焊接工艺。焊缝形式采用中顶板搭接侧顶板，为减小点固处焊缝凸出缺陷，焊前需将焊点打磨平整。车顶翻转焊接、试水工艺要点：1）车顶组成后进行2次浇水试漏，使车顶各处均匀缓慢流水，保证各处不得渗漏。2）车顶进行试水时，应特别注意车顶板与空调回、送风口处，认真检查，不得渗漏。

3控制焊接变形的措施

3.1选择合理的装配焊接顺序

对于简单的沿中性轴对称构件要一次对称装配、对称施焊；对于沿中性轴不对称的构件，采用调整焊接次序的办法来减小变形，一般先焊焊缝少的一侧；拼接大面积薄板时，应先焊内部错开的短焊缝，由里向外进行焊接；对于细长杆结构，如工字梁、T形梁和箱形梁等，利用分段退焊、跳焊、对称焊；对于结构比较复杂的钢结构，将其分解成大部件，再分成小部件，尽量按对称结构进行施焊。

3.2刚性固定

焊件强制固定，焊接中焊件不能因变形而移动，是用强制手段减少变形的一种方法。刚性固定方法有胎具固定法、卡具固定法和局部增加刚性法。如货厢的底板和侧板均为薄板，焊接时采用卡具固定法，对防止挠曲变形和角变形非常有利。局部增加刚性法，焊接前判断出变形方向，局部采用临时支撑、加固件和拉杆等，从而增加局部刚度，达到减小变形的目的。

3.3焊后消除应力热处理

焊接件在焊接后产生的内应力较高，从而会引起工件在加工和使用过程中产生变形，甚至出现焊缝裂纹现象。对此应采用合理的焊后热处理工艺，可降低和消除残余应力，减少工件变形，提高工件的稳定性。

3.4选择合理的焊接线能量和焊接方法

一般来讲，选用线能量较低的焊接方法可以有效地减小焊接塑性压缩区，从而减小焊接变形。

总结：通过合理的工艺和严格的过程与质量控制，把成熟的工艺或方法进行优化和完善，并将其固化到工艺文件中，为后续进一步完善车体制造工艺提供了借鉴。

参考文献

[1]望振红,李海隆,付永贵.焊接结构件防变形的措施[J].东方电机,2005,33(3).

[2]付荣柏.焊接变形的控制与矫正[M].北京:机械工业出版社,2007.

[3]邹增大.焊接材料工艺及设备手册[M].北京:化学工业出版社,2001.