某动车组构架焊接变形的工艺研究

何俊喜 孙景南 吴 斌 朱宏雷

(中车南京浦镇车辆有限公司 江苏 南京 210031)



某动车组构架焊接变形的工艺研究

何俊喜 孙景南 吴 斌 朱宏雷

(中车南京浦镇车辆有限公司 江苏 南京 210031)

构架是转向架的重要承载部件，在组装焊接过程中易出现整体扭曲、收缩等由焊接变形引起的问题。通过分析找出了焊接变形的原因，提出了工艺改进措施，使构架焊接变形得到有效控制，保证了构架的焊接质量。关键词：动车组；构架；焊接变形；工艺研究

构架是转向架的重要承载部件，承受着垂向、横向及纵向载荷等复合载荷作用，其质量对车辆的运行有着重要影响。由于焊接变形造成后续组装困难以及应力集中等问题，对构架的应用质量产生了极大影响。为了提高构架质量，保证车辆行车安全，研究预防和控制构架的焊接变形是非常重要的课题。

1 构架焊接变形的分析

构架是一个典型的框架结构，材料为EN10028-P355NL1，板厚6～12 mm。

(1) 构架焊接时出现的焊接变形

构架焊接后，弹簧筒与构架中心距尺寸常出现3 mm左右偏差，弹簧筒的平面度相差5 mm左右，造成侧梁与端梁连接时对接焊缝错边且间隙过大，给后续组装带来困难。

(2) 接头形式对焊接变形的影响

构架是由侧梁与横梁焊接而成的典型框架结构，主要采用单边V型坡口角焊缝的形式，这样既可以减轻重量，又能满足性能要求。这种接头形式不仅能够保证焊缝焊透，还不用翻转焊件，但焊缝填充的金属量较大, 焊后的残余变形较大，构架容易产生变形。

(3) 装配、顺序、方法对焊接变形的影响

采用相同的焊接参数焊接时，先焊的焊缝由于焊接收缩量较大所以变形大，需调整焊缝顺序来控制变形，同一条焊缝，不同的焊接方向会使焊接结构产生不同的变形。

(4) 参数、操作方法等对焊接变形的影响

不同的焊接参数、操作方法，也使焊件的受热程度不同，焊后所产生的残余变形也不尽相同。

2 构架焊接变形的控制

2.1 焊前措施

2.1.1 工艺简介

焊接构架时，根据质量和强度的要求，生产效率和实际的生产设备条件，侧梁与横梁V型坡口对接焊缝采用TIG焊打底，保护气体为99.99%的Ar。中间层和盖面层采用碱性焊条+手工焊的方式，焊条牌号E425，手工电弧焊比TIG焊效率高，且金相组织细，热影响区小，焊接内应力小，接头性能好。其余角接焊缝均采用局部TIG焊打底，然后用MAG焊填充盖面。

2.1.2 反变形法

根据现场多次试验数据，预测焊接变形大小和方向，在待焊工件装配时预制与焊接残余变形大小相当、方向相反的反变形量(见图1)，焊后焊接残余变形抵消了反变形量，使构架回复到设计要求的尺寸与几何型面。

图1 反变形区域示意图

2.2 焊接过程中的控制措施

2.2.1 采用合理的焊接参数减小热输入

热输入是焊接过程中对单位长度焊缝所输入的热能，是产生焊接应力与变形的主要因素，热输入量取决于焊接过程中的焊接电流、电压数值以及焊接速度等工艺参数。侧梁与横梁对接焊缝的板厚是8～12 mm，成双边V型对接焊缝，焊接参数如表1所示。

表1 焊接参数

侧梁与横梁补板U型焊缝采用单边V型坡口角接焊缝，板厚8 mm，焊丝牌号是G4Si1，焊丝直径为1.2 mm，焊接参数如表2所示。

表2 焊接规范参数

2.2.2 选择合理的装配和焊接顺序

为了保证构架的尺寸精度，提高装配焊接效率和焊接质量，批量生产的构架均在工装上组装和焊接变位器上焊接，实现一次装配和点焊，然后启动变位器，使焊缝位于最佳施焊位置(平角焊)。采用的焊接顺序为：先焊接对接焊缝和U型焊缝的TIG打底，然后再焊接对接焊缝的手工焊填充盖面，最后分中对称、由里向外，焊完构架内侧焊缝后，再焊接构架外部的焊缝，如图2所示。

图2 构架焊接顺序示意图

2.3 焊点与焊缝尺寸的要求

焊点排列是为了避免焊接缺陷，使焊缝具有连续性，焊点位置尽可能放在角向砂轮便于打磨处，焊点间距为250 mm左右。正式焊接前要打磨焊点，避免焊接缺陷，为了减少焊接变形，在满足工艺要求和不影响强度的情况下，焊缝尺寸应尽可能小(U型焊缝焊角尺寸略高于坡口平面15°～20°)。

2.4 焊接温度的控制

焊接时，现场环境温度应不低于10 ℃，湿度控制在80%以内，为了限制和缩小受热面积，层间温度应保证在180 ℃以下。

3 焊后处理

焊完每一道焊缝后都要检查焊缝质量，及时清渣、修补，并将焊缝表面打磨圆滑。

4 矫正处理

热调修时将构架放在平衡胎上，用液压工具顶到合适尺寸后进行火焰矫正，采用线性加热，温度小于600 ℃，加热宽度在30 mm范围内，热调后让构架在自然状态下慢慢冷却。当变形较大时，热调采用锲性加热，最大宽度为70 mm，2次加热区域不小于50 mm的距离，如图3所示。

图3 构架矫正示意图

5 结论

采用此工艺方案后，通过一段时间的质量跟踪，构架组装焊接后，弹簧筒的平面度小于3 mm，焊后构架整体的尺寸误差在±1.5 mm之内，满足工艺要求，不仅产品质量得到了提高，降低了返工率，也给下道工序的装配提供了保证。□

(编辑：林素珍)

2095-5251(2016)06-0050-02

2016-05-06

何俊喜(1976-)，男，大专学历，高级技师，从事构架的焊接培训工作。

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