时速250KM动车组构架横梁焊接变形的控制

许大韦 蔡鸿亮

摘 要：横梁是构架中的关键部件，在组装焊接过程中易出现尺寸偏差、收缩等由焊接变形引起的问题，从而影响后道工序的组装质量。尤其是动车组的正常运行速度：200Km/h;最高运行速度：220Km/h;最高试验速度：250Km/h;轮距2700mm。经过长时间的现场跟踪及研究分析，找出了横梁焊接变形的原因，提出了控制焊接变形的措施，使横梁由于焊接引起的尺寸偏差、收缩等变形得到有效的控制，从而保证了构架横梁的焊接产品质量。

关键词：横梁焊接;变形;控制

前言：

横梁是构架的重要承载部件，它除了起着连接侧梁和支撑车体的重要作用外，还有连接制动吊座、齿轮箱支架、电机支架的作用，对车辆的运行起到决定性的作用。由于焊接变形及应力集中等问题，对横梁的产品质量产生了极大的影响。为了提高构架产品的质量，保证车辆行车安全，对于控制横梁的焊接变形显得非常重要。

动车组构架的焊接横梁是一个典型的箱型结构，材料是EN10028- P355NL1，板厚6-12mm。

1工艺简介

此构架工艺要求焊后不进行热处理，采用的焊接方法以TIG打底、MAG及手工焊条焊填充、盖面为主，来降低构架的应力集中。

横梁上下盖板对接V型30度坡口，间隙3-5mm，采用的焊接方法是TIG打底、手工焊条焊填充、盖面。横梁外部焊缝50度单V型坡口，间隙2-3mm，采用TIG打底及MAG填充、盖面。内部环焊缝45度单V型坡口，采用MAG焊接。

2.横梁焊接的焊接变形

2.1 横梁焊接时出现的焊接变形

由于设计、工艺等方面的原因，工艺文件要求平面度不大于1mm，焊后整体尺寸误差不大于1mm。但在组装时，常出现筋板与下面板垂直度尺寸偏差3mm左右，上下盖板的平面度相差5mm以上的现象，此现象造成与制动吊座、齿轮箱支架、电机支架连接时，间隙过大，给组装造成很大困难。通过对横梁的结构和工艺详细分析，由于板厚薄、横梁内、外腹板间窄而长中间筋板又只有3块，焊接后会出现扭曲变形，找出影响焊接变形的原因，确保了焊接质量，为顺利实现后序加工及满足装配质量提供了必要的条件

2.2横梁焊接变形的原因

焊接变形是在焊接冶金过程中由于焊接热输入引起材料不均匀的局部加热，使焊缝区熔化，而与熔池相邻的高温区材料的热膨胀，则受到周围材料的限制，而产生不均匀的压缩性变形。在冷却过程中，已发生压缩塑性变形的这部分材料又受到周围条件的制约，而不能自由收缩，在不同程度上又被拉伸，与此同时，熔池凝固，金属冷却收缩时产生了相应的收缩拉应力和变形。

动车组构架横梁是由交错的筋板与底板和上盖板组成，盖板采用开V型坡口对接形式，腹板与底板和上盖板采用角焊缝形式， 这样的条件下焊缝的热输入或焊接顺序都对焊接变形有着很大的影响。

2.2.1接头形式对焊接变形的影响

横梁是由筋板，底板与上盖板焊接成一个箱体，主要采用单边V型坡口角焊缝的形式，这种接头形式即能够保證焊缝的焊透，又能满足性能要求，不用翻转焊件，但是焊缝的填充的金属量较大， 焊后的残余变形较大，横梁更容易产生变形。

2.2.2装配、顺序、方法控制焊接变形

用相同焊接参数焊接时，先焊的焊缝引起变形大，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。在动车构架焊接时我用的方法是上盖板上工装定位→划筋板组装线→组装横向腹板→腹板点焊→内腔焊接→组装筋板→筋板焊接及焊缝清理检查→安装左、右下盖板→下盖板点焊→（型腔内）八段焊缝焊接→调整下盖板平面度→纵向外腹板装配→纵向外腹板点焊→纵向腹板焊接→筋板组装→筋板满焊→纵向内腹板组装→纵向内腹板点焊→中部下盖板组装→中部下盖板点焊。按照以上顺序很好的控制了焊接变形并在生产中得到了广泛的应用。

反变形法

根据多年的现场工作经验，以及对于焊接变形理论的理解，从而预测的焊接变形大小和方向，在待焊工件装配时造成与焊接残余变形大小相当，方向相反的反变形量，焊后焊接残余变形抵消了反变形量，使其回复到设计要求的尺寸与几何型面。

刚性固定法

在上盖板与底板之间处，焊前用螺旋杠杆支撑，杠杆上下端部与上下面板之间夹具固定，杠杆调整至上盖板与底板平面度达到工艺要求尺寸保证腹板间距148±0.5mm，两端158±0.5mm控制了上、下盖板的平面度。

2.2.3选择合理焊接顺序

为了保证横梁的尺寸精度，提高装配焊接效率和焊接质量，批量生产的横梁均在工装上组装和焊接翻转机上焊接，实现一次装配和点焊，然后起动翻转机，使焊缝位于最佳施焊位置（平角焊）.

采用的焊接顺序为：底面采用分中对称、先横后纵、旋转侧立时，分中对称、由外向里，焊完箱体内焊缝后，再焊接箱体外部的焊缝，分中对称，全部打底完后再原来的顺序盖面，最后焊接盖板对接焊缝。

3.焊后矫正处理

热调修时将横梁放在支架上，用液压工具将上下盖板顶到合适尺寸后进行火焰矫正，采用线性加热温度小于600度，加热宽度在30毫米范围内，热调后让横梁在室温下冷却。制动吊座，齿轮箱支架，电机支架的热调采用锲性加热，最大宽度为70毫米，两次加热区域不小于50毫米的距离。（只限于上，下面板的平面度），工艺改进效果工艺改进后，横梁整体的误差和变形都小了返工率大大降低了，不仅产品质量得到了提高，而且给下工序的装配提供了好的保证。

参考文献：

[1]宋天虎等，《焊接手册――焊接结构》，机械工业出版社，2001年7月第二版

[2]宋天虎等，《焊接手册――焊接方法设备》，机械工业出版社，2001年7月第二版

[3]朱玉义，《焊工实用技术手册》，江苏科学技术出版社，1998年6月