安装梁焊接变形分析以及控制

陈飞鹏

摘 要：某型动车车底安装梁焊接量大，变形严重，经过多次验证以及分析研究，通过对法兰板焊接预制反变形、增加平面度保证工装优化梁体端部焊接顺序的方式，减少焊接变形，满足安装要求。

关键词：动车；安装梁；焊接变形

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.06.059

0 引言

此型动车组的安装梁共有11根（如图1），几乎承载了所有车底架设备如主变压器、空气单元、变流器单元、水箱单元等，这些设备重量总重超过10吨，并且对振动等环境因素要求较高，因此对安装梁的焊接质量和公差控制提出了较高的要求。此型动车组要求安装梁梁体以及各安装座的尺寸控制在±2mm以内，安装梁通过法兰板和车体连接，法兰板本身與车体连接面的平面度要求控制在1mm以内；但由于整个安装梁都是通过焊接组成的，焊接量非常大，产生的变形也非常大，所以有效控制焊接变形是非常关键的。本文通过对焊接变形量控制方法的研究，较好的控制了焊接变形，取得了很好的效果；良好的焊接变形量控制有利于提高车辆运行稳定性、安全性。安装梁在车辆中安装关系如图2所示。

1 问题描述

1.1 法兰板平面度易超差问题

安装梁通过法兰板与车体连接，其法兰板平面度要求不超过1mm；如果超差，即便连接螺栓打满扭矩，车体和安装梁法兰板安装面之间仍然会存在间隙，这在车辆总装中是不允许的；当出现这种情况时，必然导致安装梁整体安装不稳定，其负载的设备也处于不稳定状态，在车辆长时间运行后必然导致设备的加速老化，甚至会出现安装梁螺栓和设备安装螺栓断裂的情况，这将直接影响车辆运营的安全性。

在实际生产中我们发现，如果没有采取必要措施来干预焊接过程，导致法兰板平面度超差的可能性较高。

1.2 梁体中心和法兰板中心偏离

安装梁本身及其附件需大量焊接，焊点多同时有较长焊缝，在焊接完成后梁体与法兰板之间产生变形，导致梁体中心线和法兰板中心线不在一个平面上，同时没有合适的工装和检查设备来检测出安装梁梁体和法兰之间的具体偏差值，很难同时满足梁体法兰与车体之间的安装公差和梁体内所承载设备的安装公差。见图三安装梁结构。

2 原因分析

2.1 法兰板平面度易超差的原因分析

法兰板是由厚度为10mm的碳钢板加工而成，与安装梁连接部位三面都有4HV焊缝，焊接后产生的焊缝方向收缩力拉动法兰板整体变形，其中部变形明显形成凹面；由于法兰板是10mm厚的钢板，且是中部与梁体焊接，初期我们采用火焰调修法来调整变形量的效果较差。见图四法兰板结构以及平面度要求。

2.2 安装梁梁体中心和法兰板中心偏离的原因分析

（1）安装梁端部焊缝多，并有两条较长焊缝，每条长度大约600mm，故此位置焊接量大。并且端部和梁体之间的矩形管与钢板是通过焊接连接的方式，四周均为4HV焊缝，焊后极易出现弯曲和扭曲变形，从而形成端部和梁体之间的变形角度。

（2）梁体本身为4mm厚的矩形管结构，四个面上都有附件安装，而且附件较多，焊接量大，焊接完后梁体易产生波浪变形。

由于安装梁端部和梁体本身都易在焊接完成后出现变形，导致与车体连接的法兰板中心和与设备连接的梁体中心不在一个基准面。当公差较大时，导致调修困难，浪费大量工时，并可能延误车辆总装进度。

3 解决方案研究

3.1 法兰板平面度超差的解决方案

由于法兰板一侧是一个平面，没有安装任何附件，因此在这一侧增加刚性足够的工装以增加焊接过程中的刚性固定。同时根据法兰板的变形方向和变形量，在焊接前增加工艺垫片预制反变形。通过这两种方式能够在很大程度上减少焊接变形。见图五法兰板焊接前工艺准备。

3.2 安装梁梁体中心和法兰板中心偏离的解决方案：

（1）根据变形位置的分布情况，结合焊缝分布特点，优化安装梁端部的焊接顺序，将易出现变形的的较长焊缝改为双侧交错焊接，且将所有焊缝打底焊焊完后再进行盖面焊接。经过多次验证，效果显著。见图六端部优化焊接顺序。

（2）安装梁梁体的波浪变形是由于附件多引起的，在焊接中采用两侧对称焊接附件的方式来减小焊接变形。

（3）针对法兰板和梁体中心偏离和不易检测的问题，经过多次试验，最终确定以法兰板中心为基准映射到平台上，然后用平台上的中心线将梁体每隔200mm取一个测量点，用塞尺测量安装梁梁体的侧面直线度（侧弯），测量数据超过2mm的在相应位置做出标记。依据以上测量的数据，采用火焰调修的方式调修安装梁。调修后重新测量各部位数据，检查调修结果，如不合格须再次调修，直至合格。

4 方案验证及效果

通过以上调整和优化，不仅解决了安装梁在安装设备时的尺寸偏差问题，还由于在焊接过程中减少了变形，提高了调修效率。通过对运营多年车辆的调查，我们发现安装梁状态良好，其承载的设备也未发现安装性问题，为此型动车组安全高效的运行做出了贡献。并以此推广到其他型动车组的安装梁焊接工作中，提高了工作效率。

参考文献：

[1]姜留军.浅谈钢结构焊接应力、变形的控制[J].企业家天地（下旬刊），2011（02）.

[2]刘春明.浅谈焊接应力与变形的形成的控制措施[J].科技创业家，2011（01）.