动车组构架焊接变形控制

动车组构架焊接变形控制

林炳杰,詹发福,陈忠旭

中车青岛四方机车车辆股份有限公司  山东省青岛市  266111

摘要：构架结构复杂，焊接易产生变形。本文从组焊工艺、焊接工艺、调修工艺等方面，简单说明构架焊接变形控制和调修技术。

关键词：组焊工艺 焊接工艺 调修工艺 焊接变形控制

0 前  言

转向架是车辆的走行部分，是影响车辆行车安全的关键部位。构架是转向架的骨架，承受着水平和垂向的作用力，所以构架的制造质量是保证转向架安全运行的一个重要方面。构架在保证焊接质量的前提下，需要采取各种措施减少焊接变形，并建立一套有效的焊接变形矫正方法，保证焊接质量，提高焊接构架生产效率。

本文以某项目焊接构架易产生的问题为出发点，从组焊工艺、焊接工艺、调修工艺等方面有针对性地探索并制定纠正和预防措施，从而保证焊接构架稳定、高效、高质量的生产。

1构架结构简介

构架是由侧梁和横梁组成的H型结构，根据施工工艺划分，先进行侧梁和横梁焊接，两者在构架工序与空气弹簧支撑梁、垂向减振器座等零部件进行组焊。

2焊接变形分析及主要问题

侧梁和横梁间的环焊缝是产生构架变形的主要影响因素，环焊缝的收缩将引起侧梁上各座的尺寸变化。在构架生产过程中，存在以下问题：

1.环焊缝焊接引起的径向和切向不均匀收缩使侧梁产生弯曲、翘曲变形；因翘曲程度的不均匀，造成扭曲（四角高度差不一）；

2.不均匀收缩造成侧梁的两头翘起变形，影响垂向减振器座的尺寸（纵向、横向和高度方向）；

3.以横梁中心所在平面划分，环焊缝在上下平面的不均匀收缩，使空簧座板产生外倾，造成在空簧座板平面上加工量的不均匀；

4.构架环焊缝的径向收缩及垂向减振器座焊缝的横向收缩，导致垂向减振器座沿侧梁长度方向尺寸超差。

要解决上述问题必须从组焊工艺、焊接工艺和调修工艺三个方面，对构架环焊缝进行焊接变形控制。

3焊接变形预防措施

3.1组焊工艺措施

组焊工艺：制定合适的焊接工艺放量，补偿焊接收缩对各座尺寸的影响；减少如装配间隙等对焊接变形的影响因素；根据构架焊接后的变形规律，有针对性的采取防变形措施。

3.1.1工艺放量的制定

垂向减振器座在构架工序生产过程中出现较多的问题，其中尺寸控制是个难点，以垂向减振器座的组装工艺放量的制定为例说明。

焊接工艺放量和组装间隙之间是相互影响的，工艺放量影响组装间隙的大小，而组装间隙又影响工艺放量的准确性。垂向减振器座在构架组装的工艺放量受三个因素影响：

1)前工序侧梁组成工艺放量的准确性：侧梁长度放量的准确性直接影响到垂向减振器座的组装间隙及研磨量的大小，而组装间隙直接影响收缩的大小；

2)构架环焊缝的收缩量；

3)垂向减振器座自身焊缝的横向收缩量。

由于焊接作业的特殊性，人为影响因素明显，所以焊接工艺放量的制定采用了“预估-跟踪-统计-修改-再验证-再跟踪”循环往复的方式，直至找到一个相对稳定、合适的数值。通过尺寸的对比逐步得出各工序侧梁的收缩量。

3.1.2防变形措施

在侧梁间采用工艺梁，增加结构的拘束度，可以防止因环焊缝两侧的不均匀收缩产生弯曲变形。由于侧梁伸出长度较长，所以工艺梁只能抵消部分塑性变形，但因存在伸出部分弹性变形，在工艺梁撤除后侧梁仍存在弯曲变形。

3.2合理的焊接工艺

按照工艺要求，构架8条环焊缝采用对称焊接的方法。后期根据构架焊接后的变形情况，将构架的焊接工艺在生产组织和操作上进行了细化：

3.2.1分散焊接量

根据现有装备的特点，将构架焊缝的焊接分解成两步：环焊缝焊接和其他焊缝焊接。环焊缝焊接在一轴转胎上完成，其他焊缝在二轴转胎上完成。

一轴转胎采用四头夹紧的方式固定，其装夹方式相当于一种刚性固定，结合侧梁间工艺梁的作用，可进一步减小弯曲变形，并缩小四角高度差。

其余焊缝为空气弹簧支撑梁和垂向减振器座的焊缝，在二轴转胎上使用中部夹紧工装，这些焊缝对构架整体变形的影响不大。

3.2.1细化对称焊接顺序

根据统计，大多数构架焊接后存在侧梁往外弯曲和空簧座板外倾的变形。分析后认为，产生上述变形的原因是对称焊接时，一侧的焊接变形未能抵消另一侧的焊接变形造成。为此对环焊缝的对称焊接顺序进行了细化。

通过内外对称焊接（侧梁间为内侧），尽量避免外弯变形；单条环焊缝，外侧先下后上，内侧焊缝先上后下，以避免空簧座板外倾变形。采用上述措施以后，通过对构架焊接后数据的统计，变形量有所减少。

4 完善调修工艺

在前面防变形措施的分析中说明，构架焊接后变形是不可避免的。当变形超出允许要求时就必须进行调修。构架调修使用局部加热并辅以外力的方法。

局部加热是采用火焰对构架的局部进行加热，材料受到高温加热时，产生热膨胀，构架受到本身的刚性约束，产生局部压缩塑性变形，冷却后收缩，抵消焊后在该部位的伸长变形，达到矫正目的。外力的作用是加大塑性变形程度，提高调修效率，同时刚性固定式外力可以起到固定调修量的作用。

为提高构架调修效率，便于生产安排，减少工装占用时间，将构架调修分解为调侧梁间距、调扭两步。

4.1侧梁间距调修

调修量由划线工序确定，根据调修量，利用侧梁的弹性变形，使用间距可调工艺梁将间距固定在尺寸允许范围内，然后在特定部位进行局部加热。可调工艺梁相当于施加机械外力克加大塑性变形，同时还能起到固定尺寸的作用，在一定程度上达到调修量可控的目的。

4.2构架调扭

其施工内容包括调四角高、调横梁各座高度尺寸，其调修原理与间距调修相同。采用工装辅助，在工装四角位置设杠杆，使用千斤顶将外力通过杠杆传递到构架。

5结束语

焊接变形的存在会影响生产工艺流程的正常进行，当调修工艺不成熟时将严重影响生产的顺利组织。构架是转向架焊接的最后工序，因结构刚度大，增加了调修困难。

自该项目投产开始，我们就对构架的变形控制进行了研究，制定了相关措施。在构架生产中，对构架的变形控制措施进行了完善。上述变形控制减小了焊接变形，但是应该看到，后期如何实现构架焊接后微调还需在后续生产中继续摸索、实践。

参考文献：

[1]陈祝年.焊接工程师手册.机械工业出版社, 2004