浅谈车厢焊接变形的矫正工艺

姚国平 汪洪 秦云龙 王斌 仇叶

摘 要：对于采用薄钢板碳素钢压制成型的车厢钢结构，在车架及车体制作过程中，通过焊接变形的矫正原理，提出减少焊接变形的控制措施，并对其具体应用进行详细说明，最终使车厢焊接变形通过工艺矫正后达到设计和工艺要求。

关键词：车厢；焊接变形；火焰矫正

1 问题的提出

我公司生产的摩洛哥客车车厢钢结构，由于考虑重量因素，整车多采用碳素钢薄钢板压制而成，而非传统的型材设计，这就导致车厢整体刚性差，在组装焊接以及吊运过程中容易产生变形。

同时在车架制作时由于焊接先后顺序以及装配间隙不一致，造成焊接收缩后车架的宽度不一致，导致车体总成后的边梁旁弯及侧墙平面度超差。在矫正时，由于没有矫正所需的支撑点和标准的水平基准作为参考，单独使用火焰矫正根本无法达到预期效果，需要借助一些必要的手段才可以达到矫正的目的。

针对上述问题，本文对车厢生产过程中由于焊接变形而需要进行矫正的关键部位和操作方法与大家共同探讨。为今后的批量生产打下坚实的基础，成为车厢焊接变形矫正工艺探索和推广的必然。

2 钢结构件变形的原因及矫正的原理

2.1 鋼结构件变形的原因

从整体来讲，主要分为两种情况：一种是受外力作用引起的变形；另一种是受内力作用而引起的变形。

对于受外力作用引起的变形情况，主要指钢结构件在制作完成后，在吊装、运输以及安装过程中由于碰撞产生的变形，这些变形都是永久变形，属于塑性变形。

对于受内力作用引起的变形情况，主要指钢结构件因焊接而产生的内应力，因为焊接对于钢结构件来说，是一种不均匀的加热和冷却的过程，是造成各部件间产生内应力而引起变形的主要原因。

焊接时，加热是通过移动的高温电弧热源进行的，因此焊缝周围的金属及焊缝温度极高，金属受热后发生膨胀，而周围金属没有发生膨胀，相当于刚性固定。于是受热金属的膨胀收缩受到了阻碍就产生了压缩塑性变形。而焊接冷却后的金属及焊缝，由于收缩变形而变短，此时又受到周围未受热的金属的限制，导致被焊后的钢结构件产生内应力，由此造成一定程度的变形。

变形主要表现在两个方向：纵向收缩和横向收缩。纵向收缩（沿焊缝长度方向的收缩）在薄钢板焊接时表现得更加明显；而横向收缩（垂直焊缝长度方向的收缩）是钢结构件产生内应力和引起变形的主要原因。

无论何种形式的焊接变形，都遵从一个规律，即焊缝冷却后，在焊缝区域产生收缩，继而使被焊的钢结构件产生内应力，当被焊件自身的刚度不能克服焊縫收缩时，就会造成焊接变形。

2.2 钢结构件变形的矫正原理

矫正主要是分析钢结构件变形的原因，熟悉相互之间的内在联系，掌握被焊结构件的性质，选择正确的矫正部位和矫正方法（如冷矫正和热矫正），确定正确的矫正的方法和先后顺序。热矫正的原理就是利用金属的塑性，采用火焰对钢结构件进行局部加热，通过热胀冷缩的原理也就是利用钢材变形的反变形来达到矫正目的，使得钢材各层的纤维长度接近相等而平直，通过辅助外力效果更佳。

3 减少焊接变形的措施

3.1 工序前移

车底架焊接翻转胎的工作量大，同时还要作为矫正台位使用，为了控制焊接变形，减少矫正的工作量，将与之相关的车体附件和焊缝尽量前移至组装台位，尽量使用刚性固定法将立焊以及点焊固定的焊缝全部在组装台位焊接完成，可以有效缓解焊接翻转胎的生产压力，缩短作业时间。

3.2 改变传统生产方式

车底架吊运至焊接翻转胎后，可以边焊接边矫正，取消原来的单独焊接或单独矫正作业的生产方式，这样可以节约一半组焊的时间。为了减少焊接变形，取消原来车底架竖向焊接的工序，可以保证矫正工作的顺利进行。

4 车厢矫正的工艺的简介和具体应用

火焰矫正时，一般可采用手工矫正、机械矫正、火焰矫正和高频热点矫正，而火焰矫正时，可采用点状、线状和三角形矫正法，本车所需矫正材料均为碳素钢。下面将分别介绍摩洛哥车厢各模块的矫正工艺，即车底架矫正工艺、边梁矫正工艺、地板矫正工艺以及侧墙矫正工艺。

4.1 车底架矫正工艺

吊运至焊接翻转胎，经过翻转首先拆除用于防止弯曲和扭曲变形的临时支撑，松开用于夹紧的4个螺杆，利用转胎下部四点支撑作为水平基准，并且增加端部两头以及中部共十个支撑点。下部使用螺旋千斤顶调整高度，整个车底架要基本共面，有利于车厢总成时侧壁与顶盖的组装。如图1所示。

使用拉线装置测量旁弯，每一根连接梁与边梁以及旁承梁连接处都要测量，所有数据都写在边梁上面，便于检查和矫正使用。公差控制在2～3mm，因为地板的铺设和焊接还会导致车底架宽度收缩变形，最终检查尺寸为5mm。

由于没有矫正所需的基准和横向支撑点，所以只能利用转胎4个螺杆作为基准，同时也是车底架下部的支撑点。左右螺杆之间不固定在端部头部与边梁的连接处，需要增加顶紧装置，以免受力变形。选择五吨秤砣作为支撑点，放置位置中心对准端部头部与边梁连接处（即变形最大部位），使用螺旋千斤顶横向调整控制旁弯尺寸。由于秤砣数量有限，矫正顺序必须从变形数据由大向小方向开始。

4.2 边梁矫正工艺

边梁规格为16号槽钢，平面度要求为每米2mm，一般由于焊接变形会导致内凹，需要采用火焰矫正法进行矫正。边梁的立面采用线状加热，加热温度在650～800℃之间，加热颜色呈樱红，加热宽度为板厚的1～2倍，深度为板厚的1/2～2/3，火焰加热时烤枪不能来回晃动，束状火焰要垂直钢板，动作要敏捷迅速。边梁的上下平面采用三角形加热法，如果变形过大，可以使用顶紧装置配合矫正，效果更佳。

矫正时，使用1m刚性直尺测量，等到完全冷却之后，测量平面度，如果需要二次火焰矫正，则加热区要错开。

为了缩短矫正时间，可以充分利用地板的刚性作为控制旁弯的有效手段。铺设中部地板时以第一块地板作为整车纵向中心基准的定位，所以尤为重要，需要测量边梁旁弯和平面度。而最后一块地板铺设时需要测量车底架宽度，因为风道口的组装和焊接会导致尺寸变化。

4.3 地板矫正工艺

端部地板需要正反两面焊接，会产生凹凸变形，平面度要求为2mm/m2，需要使用火焰矫正法进行矫正，采用点状加热法。

4.4 侧墙矫正工艺

侧墙采用3mm厚的薄钢板拼接而成，与骨架组装焊接，加上整体都布满窗框，凹凸变形极为明显。由于侧墙在组焊过程中不进行矫正，车体总成后焊接变形更加严重，必须进行火焰矫正。

矫正时使用真空吸附的方式配合火焰矫正，首先使用3m钢直尺竖直测量每根立柱的之间侧墙平面度，使用顶紧装置配合烘枪矫正，采用线状加热法矫正蒙皮反面骨架，并浇水加快冷却速度。

对蒙皮平面度矫正时采用真空吸附法，反面使用点状加热法进行矫正，火焰加热温度在500～600℃之间。矫正过程中使用直尺横向测量蒙皮，防止因火焰过大造成更大的变形，导致材质发生变化，影响使用性能。矫正加热圆点直径为板厚的6～8倍，使用自制的多头烘枪进行矫正，配合喷淋枪进行快速冷却，缩短火焰矫正的时间，如图2所示。

所有火焰矯正工作完成以后，使用木棰矫正玻璃窗框，保证周边共面，防止车厢使用过程中安装玻璃渗水。

5 结论

综上所述，通过对钢结构件变形的原因及矫正原理的分析，以及摩洛哥车型各个模块矫正的工艺和操作方法的介绍，执行上述工艺，辅助必要的工装和测量工具，最终可充分利用组装焊接的时间和空间，缩短车厢生产周期，简化矫正工艺，提高工装设备利用率，降低人员、设备、材料的投入，满足设计和工艺要求，改善员工的作业环境，可以有效提高生产率，为以后的批量生產打下良好的基础。

参考文献

[1]刘光虎.冷作工技师培训教材[M].北京：机械工业出版社，2011.

[2]张广杰，甄维勤，李贵林，等.高级铆工工艺学[M].北京：机械工业出版社，1999.

[3]陆秋生，王国健.冷作钣金工[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2007.

（作者单位：中车戚墅堰机车有限公司）