动车组侧梁组成焊接变形控制方法

动车组侧梁组成焊接变形控制方法

宋强   王峰   胡保华

青岛中车四方轨道车辆有限公司  山东青岛  266000

摘要：动车组侧梁组成是转向构架的重要组成部分，侧梁组成的质量会对车辆运行效果产生直接影响。侧梁组成由上下盖板、隔板、立板等单件焊接组成，而在焊缝焊接时的高温影响下，各单件会出现不同程度地收缩变形，这种收缩变形现象被称为“焊接变形”，焊接变形会导致侧梁的整体尺寸缩小，从而无法正常使用。本次研究对动车组侧梁组成焊变形控制的方法进行分析，为降低焊接变形影响、全面提升侧梁制作精度提供理论支持。

关键词：侧梁组成；焊接变形；矫正；方法

引言：动车组转向架承载着整个列车的重量，同时还控制车辆的转向、制动，侧梁组成是转向架的重要组成部分，是一种典型的多截面焊接钢构件。在侧梁组成的加工制作过程中，需要进行火焰切割横梁贯穿圆孔，从而会引起侧梁发生变形，对侧梁的质量造成直接影响。因此要在分析侧梁制作工艺的基础上，对焊接变形的多种原因进行分析并开展相应的改进工作，确保侧梁组成的焊接变形在可控范围内。

1侧梁组成结构焊缝

  侧梁组成是由多个钢板单件焊接组成的一类组合构件，侧梁组成主要的单件包括侧梁、上盖板、下盖板、隔板、立板等。侧梁组成长度超过3米,它的长度也决定了需要多次焊接才能完成，常见的动车组侧梁组成共有几十条焊缝：上、下盖板与腹板就有4条较长的外侧焊缝和2条较长的内侧焊缝，上盖板与加强板的焊缝，腹板与加强板的焊缝，正是因为侧梁组成的焊缝较多、长度较长，所以应当对其焊变形进行有效控制，以确保侧梁组成的强度。

2侧梁组成常见问题分析

制造过程中引起侧梁组成出现焊变形的常见原因包括：（1）单根腹板拼接后发生形变；（2）腹板与上下盖板之间的焊缝间隙过大，造成侧梁下盖板发生膨胀形变；（3）按照侧梁生产规定，侧梁上饶范围8-16cm，而生产中却因为控制精度不足造成焊接位置偏差，实际饶度2-10cm，最终造成侧梁饶度不足，被迫进行后续矫正；（4）侧梁组成焊接完成后扭曲，长度、宽度不达标，需要进行后续矫正。

3侧梁组成焊接变形分析

3.1下盖板与弹簧筒座的焊接变形：

下盖板与弹簧筒座的焊接变形，其板材厚度为16mm，并开45°焊接坡口,需要通过6次焊接后形成。下盖板的装配固定使用液压工装的方式，需要在横向定位的同时将下盖板与弹簧筒座进行焊接，而焊接过程中通常会发生垂直方向的横向收缩变形，具体表现为焊接后簧座板长度严重超标，同时下压盖板中线焊接后尺寸偏差较大[1]。

3.2侧梁内腔焊接变形

动车组侧梁组成由上盖板、下盖板、隔板、立板等零件共同组成。侧梁的焊接需要按照由内到外的焊接顺序，但是内部零件焊接完成后，在焊接高温的影响下造成侧梁内部空间整体缩小，同时造成侧梁发生弯曲变形，最大变形量为5mm，也会出现角变形、扭曲变形，对侧梁的实际装配效果、实际使用效果造成一定影响。

3.3单件组装误差导致变形

由于侧梁是多个单件焊接而成，因此侧梁的结构相对复杂，需要经过多次焊接与才能完成一个侧梁组成[2]。焊接前需要对单件进行组装，组装过程均由手工完成，组装后会有一定误差，导致侧梁组成焊接调修后应力增加。各组成单件出现不同程度地收缩形变与扭曲，致使侧梁整体出现尺寸偏差，对加工精度、后续组装带来困难。

4.侧梁焊接工艺改良分析

  由于组成侧梁的零件数量较多，因此侧梁的焊接次数相对较多，焊缝也相应增多。为了最大限度上防止焊变形对侧梁造成的负面影响，需要对焊接工序进行分解改良。

4.1立板隔板组合焊接

隔板、立板、与上下盖板需要进行12次焊接，而为了最大限度上降低焊变形对侧梁组造成的影响，前提是应当确保隔板、立板拥有更高的配合度，减小组装间隙减小变形。

4.2侧梁下盖板组合焊接

测量下盖板组合的整体外形呈现弓形，内部的多数单件安装在下盖板下方。焊接完成后侧梁整体以中间盖板为中心出现收缩趋势，冷却后对侧梁内部进行磁粉探伤，确保侧梁下盖板焊接质量，确保最终的侧梁强度。

5侧梁组成焊接变形控制

5.1侧梁组装焊接顺序改进

侧梁整体焊接需要以上盖板、下盖板、两侧腹板，隔板、立板组合焊接，以下盖板组合为基础进行组装，良好的隔板、立板与下盖板、腹板间隙，是减小焊接变形的基础，并为后续零件的焊接牢固提供支持。其余零件与侧梁的外部焊接需要十几次，而焊接变形会直接影响侧梁组成的整体尺寸，为避免造成侧梁组成整体收缩出现上翘，要确保良好的焊接顺序，层间温度，以保证饶度合适[3]。为了进一步确保焊接效果，应当将焊接缝隙宽度范围控制在0-2mm、角接间隙控制在0-1mm。因此侧梁组成的制造过程应当控制组装间隙，才能最大限度将侧梁组成各部分因焊接产生的收缩变形控制在合理范围内，并结合实际情况进行适当调整。

5.2组装反变形控制法

通过对侧梁组装提前增加反变形量，可以实现将侧梁饶度控制在合理范围内，通常可以将侧梁上饶控制在≥12mm。具体方法为，预先将上饶组装量数值设置为12mm，随后使用压紧装置对焊接缺口位置进行撑杠，通过撑杠最大限度上确保组对精度，同时在侧梁两段额外增加工艺筋板，控制焊接变形。

5.3侧梁整体弯曲变形的液压矫正

侧梁需要大量的焊接，并且结构相对复杂，在使用其他方式对焊变形控制以外，最终还需要通过压力机矫正的措施对侧梁变形进行调整。通过机械加压的方式实现对侧梁形变的调整[4]。当侧梁焊接冷却后使用三维划线仪对侧梁焊接形变量进行精准测量，随后根据测量得出的形变结果使用液压机对形变部位进行强制修复，矫正后要求侧梁形变量误差±1mm。

5.4侧梁旁弯变形的火焰矫正

侧梁旁弯矫正与侧梁整体压力矫正方式不同、原理不同，如果使用压力机强制进行矫正可能会造成梁体侧面腹板凹陷，甚至超标报废。因此在对侧梁旁弯进行矫正时，选择使用传统的火焰调修方式。在调修之前需要使用三维划线仪对旁弯变量进行测定，随后根据测量结果标记待矫正范围,加热区域为腹板凸面最高点位置，以及上盖板和下盖板相对应的三角形区域，工件最高温度要求在700℃以下，直至将目标矫正区域加热至产生塑性形变，等到冷却后测量，要求矫正后侧梁旁弯形变量误差±1mm。

结束语

在侧梁组实际焊接过程中，可以按照分段焊接的方式最大限度降低焊变形对侧梁整体造成的影响，具体包括下盖板与弹簧筒座的焊接，下盖板与隔板组合焊接、腹板板组合焊接、侧梁整体组合焊接，焊接过程中实现对焊接变形的有效控制。焊接后采取相对应的处理措施，对侧梁焊接变形进行矫正，矫正前使用三维画线仪对焊接变形量进行精准测量，在此基础上对侧梁上饶变形使用压力机对变形进行强制矫正，并使用低于700℃的火焰对旁弯进行矫正，由此能制造高出质量的侧梁组成。

参考文献

[1]刘惠娟,李增楼,马辉等.200 km/h市域动车组转向架构架组焊工艺[J].焊接技术,2022,51(05):93-97.

[2]宋兴华,尹金茹,李朔晗等.鱼腹形侧梁的制造工艺[J].焊接技术,2021,50(07):101-103.

[3]郑国庆,董建峰,孙浩等.STX_4型驮背多功能运输车侧梁组成变形及挠度控制[J].铁道车辆,2021,59(01):68-69+112.