車廂焊接變形的矯正工藝分析

宋朋

摘 要：以車體25B型車為分析對(duì)象，探討車廂焊接變形矯正工藝的應(yīng)用要點(diǎn)。介紹車廂焊接原理與技術(shù)參數(shù)，總結(jié)導(dǎo)致車廂焊接變形的根本原因，提出調(diào)整焊接工序、創(chuàng)新生產(chǎn)方式、多元化矯正工藝三點(diǎn)建議，克服車廂在焊接環(huán)節(jié)變形的問題，旨在提高焊接矯正水平。

關(guān)鍵詞：車廂焊接;變形矯正;冷矯正;熱矯正

針對(duì)車廂焊接變形作為研究對(duì)象，分析發(fā)現(xiàn)焊接過程是一個(gè)涉及到多學(xué)科的復(fù)雜變化，在實(shí)際的生產(chǎn)中會(huì)產(chǎn)生各種不可預(yù)測(cè)的變形。由于車廂與焊縫尺寸很大，計(jì)算量也就十分龐大，對(duì)整個(gè)車廂的焊接分析以現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)水平還不能滿足計(jì)算要求。因此本文選取車體25B型車，分析車廂焊接變形矯正工藝的應(yīng)用。

1車廂焊接與矯正

1.1車廂焊接變形矯正工藝

車廂焊接變形矯正主要是分析鋼結(jié)構(gòu)件變形的原因，熟悉相互之間的內(nèi)在聯(lián)系，掌握被焊結(jié)構(gòu)件的性質(zhì)，選擇正確的矯正部位和矯正方法（如冷矯正和熱矯正），確定正確的矯正的方法和先后順序[1]。熱矯正的原理就是利用金屬的塑性，采用火焰對(duì)鋼結(jié)構(gòu)件進(jìn)行局部加熱，通過熱脹冷縮的原理也就是利用鋼材變形的反變形來達(dá)到矯正目的，使得鋼材各層的纖維長度接近相等而平直，通過輔助外力效果更佳。

1.2車廂技術(shù)參數(shù)

焊接車廂以軌道車輛碳鋼為主，車體為25B型車，技術(shù)參數(shù)熱如下：車體長度：25500mm;車體寬度：3105mm;車體最大高度（距離軌面）：4433mm;轉(zhuǎn)向架中心距：18000mm;邊梁上平面距軌面高度：1173mm;車鉤中心線距軌面高度為880mm。車廂焊接基本要求如下：車體外形應(yīng)滿足GB146.1中的機(jī)車車輛限界，車體圖樣中規(guī)定的所有焊縫需按圖紙要求進(jìn)行試漏試驗(yàn)或PT檢驗(yàn)。

2車廂焊接變形原因

從整體來講，主要分為兩種情況：一種是受外力作用引起的變形;另一種是受內(nèi)力作用而引起的變形。對(duì)于受外力作用引起的變形情況，主要指鋼結(jié)構(gòu)件在制作完成后，在吊裝、運(yùn)輸以及安裝過程中由于碰撞產(chǎn)生的變形，這些變形都是永久變形，屬于塑性變形。對(duì)于受內(nèi)力作用引起的變形情況，主要指鋼結(jié)構(gòu)件因焊接而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，因?yàn)楹附訉?duì)于鋼結(jié)構(gòu)件來說，是一種不均勻的加熱和冷卻的過程，是造成各部件之間產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力而引起變形的主要原因[2]。

焊接時(shí)加熱是通過移動(dòng)的高溫電弧熱源進(jìn)行的，因此焊縫周圍的金屬及焊縫溫度極高，金屬受熱后發(fā)生膨脹，而周圍金屬?zèng)]有發(fā)生膨脹，相當(dāng)于剛性固定。于是受熱金屬的膨脹收縮受到了阻礙就產(chǎn)生了壓縮塑性變形。而焊接冷卻后的金屬及焊縫，由于收縮變形而變短，此時(shí)又受到周圍未受熱的金屬的限制，導(dǎo)致被焊后的鋼結(jié)構(gòu)件產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，由此造成一定程度的變形。變形主要表現(xiàn)在兩個(gè)方向：縱向收縮和橫向收縮。縱向收縮（沿焊縫長度方向的收縮）在薄鋼板焊接時(shí)表現(xiàn)得更加明顯;而橫向收縮（垂直焊縫長度方向的收縮）是鋼結(jié)構(gòu)件產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力和引起變形的主要原因[3]。無論何種形式的焊接變形，都遵從一個(gè)規(guī)律，即焊縫冷卻后，在焊縫區(qū)域產(chǎn)生收縮，繼而使被焊的鋼結(jié)構(gòu)件產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，當(dāng)被焊件自身的剛度不能克服焊縫收縮時(shí)，就會(huì)造成焊接變形。

3車廂焊接變形矯正工藝應(yīng)用

3.1調(diào)整焊接工序

車底架焊接翻轉(zhuǎn)胎的工作量大，同時(shí)還要作為矯正臺(tái)位使用，為了控制焊接變形，減少矯正的工作量，將與之相關(guān)的車體附件和焊縫盡量前移至組裝臺(tái)位，盡量使用剛性固定法將立焊以及點(diǎn)焊固定的焊縫全部在組裝臺(tái)位焊接完成，可以有效緩解焊接翻轉(zhuǎn)胎的生產(chǎn)壓力，縮短作業(yè)時(shí)間。

3.2創(chuàng)新生產(chǎn)方式

車底架吊運(yùn)至焊接翻轉(zhuǎn)胎后，可以邊焊接邊矯正，取消原來的單獨(dú)焊接或單獨(dú)矯正作業(yè)的生產(chǎn)方式，這樣可以節(jié)約一半組焊的時(shí)間。為了減少焊接變形，取消原來車底架豎向焊接的工序，可以保證矯正工作的順利進(jìn)行。

3.3多元化矯正工藝

3.3.1車底架矯正

吊運(yùn)至焊接翻轉(zhuǎn)胎，經(jīng)過翻轉(zhuǎn)首先拆除用于防止彎曲和扭曲變形的臨時(shí)支撐，松開用于夾緊的4個(gè)螺桿，利用轉(zhuǎn)胎下部四點(diǎn)支撐作為水平基準(zhǔn)，并且增加端部?jī)深^以及中部共十個(gè)支撐點(diǎn)[4]。下部使用螺旋千斤頂調(diào)整高度，整個(gè)車底架要基本共面，有利于車廂總成時(shí)側(cè)壁與頂蓋的組裝。使用拉線裝置測(cè)量旁彎，每一根連接梁與邊梁以及旁承梁連接處都要測(cè)量，所有數(shù)據(jù)都寫在邊梁上面，便于檢查和矯正使用。公差控制在2～3mm，因?yàn)榈匕宓匿佋O(shè)和焊接還會(huì)導(dǎo)致車底架寬度收縮變形，最終檢查尺寸為5mm。

由于沒有矯正所需的基準(zhǔn)和橫向支撐點(diǎn)，所以只能利用轉(zhuǎn)胎4個(gè)螺桿作為基準(zhǔn)，同時(shí)也是車底架下部的支撐點(diǎn)。左右螺桿之間不固定在端部頭部與邊梁的連接處，需要增加頂緊裝置，以免受力變形。選擇五噸秤砣作為支撐點(diǎn)，放置位置中心對(duì)準(zhǔn)端部頭部與邊梁連接處（即變形最大部位），使用螺旋千斤頂橫向調(diào)整控制旁彎尺寸。由于秤砣數(shù)量有限，矯正順序必須從變形數(shù)據(jù)由大向小方向開始。

3.3.2邊梁矯正

邊梁規(guī)格為18號(hào)槽鋼，平面度要求為每米2mm，一般由于焊接變形會(huì)導(dǎo)致內(nèi)凹，需要采用火焰矯正法進(jìn)行矯正。邊梁的立面采用線狀加熱，加熱溫度在650～800℃之間，加熱顏色呈櫻紅，加熱寬度為板厚的1～2倍，深度為板厚的1/2～2/3，火焰加熱時(shí)烤槍不能來回晃動(dòng)，束狀火焰要垂直鋼板，動(dòng)作要敏捷迅速。邊梁的上下平面采用三角形加熱法，如果變形過大，可以使用頂緊裝置配合矯正，效果更佳。

矯正時(shí)使用1m剛性直尺測(cè)量，等到完全冷卻之后，測(cè)量平面度，如果需要二次火焰矯正，則加熱區(qū)要錯(cuò)開。為了縮短矯正時(shí)間，可以充分利用地板的剛性作為控制旁彎的有效手段。鋪設(shè)中部地板時(shí)以第一塊地板作為整車縱向中心基準(zhǔn)的定位，所以尤為重要，需要測(cè)量邊梁旁彎和平面度。而最后一塊地板鋪設(shè)時(shí)需要測(cè)量車底架寬度，因?yàn)轱L(fēng)道口的組裝和焊接會(huì)導(dǎo)致尺寸變化。

3.3.3地板矯正

端部地板需要正反兩面焊接，會(huì)產(chǎn)生凹凸變形，平面度要求為2mm/m2，需要使用火焰矯正法進(jìn)行矯正，采用點(diǎn)狀加熱法。

3.3.4側(cè)墻矯正工藝

側(cè)墻采用2.5mm厚的薄鋼板拼接而成，與骨架組裝焊接，加上整體都布滿窗框，凹凸變形極為明顯。由于側(cè)墻在組焊過程中不進(jìn)行矯正，車體總成后焊接變形更加嚴(yán)重，必須進(jìn)行火焰矯正。首先使用3m鋼直尺豎直測(cè)量每根立柱的之間側(cè)墻平面度，使用頂緊裝置配合烘槍矯正，采用線狀加熱法矯正蒙皮反面骨架，并澆水加快冷卻速度。

對(duì)蒙皮平面度矯正采用蒙皮面電磁鐵充電吸附，車內(nèi)使用打平模板進(jìn)行矯正，模板要求與內(nèi)側(cè)骨架空檔相符，火焰加熱溫度在500～600℃之間。矯正過程中使用直尺橫向測(cè)量蒙皮，防止因火焰過大造成更大的變形，導(dǎo)致材質(zhì)發(fā)生變化，影響使用性能。矯正加熱圓點(diǎn)直徑為板厚的6～8倍，使用自制的多頭烘槍進(jìn)行矯正，配合噴淋槍進(jìn)行快速冷卻，縮短火焰矯正的時(shí)間。所有火焰矯正工作完成以后，使用木棰矯正玻璃窗框，保證周邊共面，防止車廂使用過程中安裝玻璃滲水。

4結(jié)束語

綜上所述，車廂焊接環(huán)節(jié)可能出現(xiàn)變形，解決車廂焊接變形需要科學(xué)運(yùn)用矯正工藝。技術(shù)人員結(jié)合車體材料與技術(shù)參數(shù)，制定矯正方案。分析導(dǎo)致變形的原因后，便可以采用針對(duì)性措施應(yīng)對(duì)。通過多元化矯正工藝的應(yīng)用，提高車廂焊接水平與質(zhì)量，也為焊接變形矯正積累有價(jià)值的經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]張雪松，李登矗.廂板典型結(jié)構(gòu)的焊接變形分析與工藝約束優(yōu)化[J/OL].熱加工工藝：1-6.

[2]郭雯雯，黃繼強(qiáng)，薛龍，黃軍芬，韓峰.高鐵側(cè)圍鋁型材構(gòu)件焊接變形數(shù)值模擬[J].北京石油化工學(xué)院學(xué)報(bào)，2020，28（03）：37-42.

[3]曹傳民.CA141型載貨汽車車廂裝焊工藝實(shí)踐[J].設(shè)備管理與維修，2020（05）：112.

[4]鄧姣.自卸車邊板自動(dòng)焊接的應(yīng)用設(shè)計(jì)[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2019（11）：12-13.

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