端部底架枕梁焊接工艺及质量控制

李吉海 孙雪菲 高常龙

中车四方车辆有限公司 山东青岛 266000

斯里兰卡客车，在底架枕梁组成的焊接施工过程中，由于底架枕梁结构复杂，焊接量大，极易出现焊接变形、焊缝中存在未熔合、气孔超标等质量问题。枕梁是由多个零部件组焊而成，如果枕梁的空间内部出现焊接缺陷将很难进行返修，如果多次返工不合格，将使整个枕梁报废，所以要求枕梁的各条焊缝一次焊接合格，需要采取合适的焊接工艺措施保证底架枕梁结构的几何尺寸、焊接及外观质量[1]。

1 产生缺陷的原因及解决措施

1.1 枕梁焊接变形

由于枕梁组焊过程中热输入量较大，所以焊接收缩量较大，因此，可以从下料之初就对焊接进行提前控制，根据焊接后的变形量从下料加工对单件尺寸进行控制，但是单件的横向尺寸、纵向尺寸经过放量又容易导致整体装配尺寸出现偏差，极端情况下甚至会导致不能安装的情况。因此在实际操作过程中，上、下盖板、腹板的尺寸放量必须经过精细计算，以防止出现难以装配的情况。为了有效避免焊接造成的变形情况，对腹板与筋板、筋板与筋板的焊缝，进行电弧焊，焊接时要在纵向中心线两侧进行对称焊接，焊接中要通过旋转转胎台面，使每到焊缝均在PB状态进行焊接。而在具体焊接过程中，枕梁腹板与下盖板焊缝间隙可以控制在0-1mm，焊接间隙通过焊接工装夹具进行控制，除了保持焊缝间隙的准确外，还要保证工件焊接过程中平稳、可靠。焊接工装夹具夹紧力要足够，以有效对抗焊接过程中的焊接变形，满足整个结构的尺寸符合设计要求[2]。

在枕梁单件进行组焊装配过程中，采用了反变形和工艺梁支撑对焊接变形进行进一步控制，根据下料单件尺寸，首先确定工件一侧在焊接工装上的尺寸，接下来根据图纸要求确定筋板位置，这样就确定了筋板的左右定位尺寸，并在筋板两个侧面加上工艺支撑，工艺支撑应尽量与筋板尺寸相近，以最大限度减少焊接过程中的收缩变形。枕梁结构进行整体定位后，在焊缝中间位置放置2mm厚的反变形块，接下来操作整个工装的定位压紧装置，确保各个部位完全压紧。焊接时，由于单个方向焊接更易导致焊接变形，因此采用两名焊工在两侧同时对称焊接。

通过对单件进行工艺放量和对较大焊接部件预制反变形控制及对称焊接等方法，焊接变形得到了很好的抑制，经过测量，整体表面平直度有效控制在了1-3mm，完全符合图纸的平面度要求。经过此次实践，充分证实了采用上述三种工艺改善方法，枕梁的平面度相比于改善前取得了很大的提高，并降低了后续的调修，整个车体底架枕梁的焊接制造水平取得了长足的进步。

1.2 焊缝未熔合

由于焊工操作方法不当使得焊接速度不稳定、停留时间不足、焊枪角度不正确及焊缝区表面存在氧化膜或锈皮等原因，枕梁上、下盖板与腹板焊缝在切割取样后发现，多层焊缝层间极易出现未熔合的现象。除此以外，焊缝根部咬边等缺陷也对焊接质量产生了极大的影响。

焊缝未熔合及咬边主要由以下几方面原因造成：①焊接速度不稳定、停留时间不足、焊枪角度不正确等，焊缝区表面存在氧化膜或锈皮也有一定的关系。②操作人员不能精确掌握焊接参数，此外焊接设备使用的熟练度也有待提高，特别是进行焊接作业时，不同焊接接头的熔滴受重力影响难以对熔覆过程进行准确把握。③焊接过程中应适当进行焊条摆动，以促使焊缝得到有效填充，但是实际操作过程中，出现了摆动幅度偏小的情况，造成了焊缝未熔合的现象发生。④部分焊缝由于只能在平焊位置（PA）进行焊接，而受限于工装设备，并不能对该方向进行调整，这就导致在焊接圆弧位置时只能调整手中焊枪的运行轨迹和角度后进行焊接，因此圆弧部位的焊缝出现了焊接不均匀的问题，由此而引发未熔合现象[3]。

解决措施：在圆弧处焊接时减慢焊接速度、增加熔池边缘的停留时间并改变焊枪角度使电弧力推动金属流动，减小电弧摆动以减小焊接熔池。同时养成良好的焊接操作习惯，在焊接之前清理全部坡口面和焊缝区表面上的轧制氧化皮和杂质，做到表面清理及时。工艺上，确保层间焊缝、打底焊缝得到了充分的打磨，并对焊接车间的温度、湿度及风速进行严格管控，对焊工进行培训，确保焊接过程中焊条摆动合理，这样一次探伤合格率由之前的90%提升到了97.5%。

1.3 调修

焊接工艺的改进及焊接技能的提升有效减少了各种焊接缺陷的发生，除此以外，枕梁的整体变形情况得到了很大的改善。但是较大工件的焊接变形及后续装配仍不可忽视。为了进一步提高枕梁焊接平面度，提高枕梁的整体尺寸精度及质量，需要采用焊后调修的方式对枕梁进行进一步的处理。

调修的首要工作是确定调修部位，其次是确定调修量，因此在枕梁焊接完成后，采用水平尺对枕梁的上下表面进行检测，对需要调修的部位进行标记，并确定调修量。由于枕梁尺寸大，材料厚，因此大变形的部位在调修的过程中并不能单纯使用火焰或者机械调修的方式进行调修作业。针对发生小变形的部位，采用火焰加热的方式，使加热温度控制在600-700°C以内进行调修。针对发生大变形的部位，调修选择机械调修与火焰调修混合的方式。经过调修厚，枕梁宽度方向的变形量应控制在≤3mm/3m，这样才能确保车体的枕梁与底架可以按照图纸装配要求进行组装。

通过实施以上调修方案，枕梁上下表面的平面度误差控制在3mm/3m以内，为枕梁尺寸精度和平面度提供了保障[4]。

2 结语

斯里兰卡端部底架枕梁组焊采用了上述的组装工艺和焊接工艺，大部件的焊接变形以及焊缝缺陷得到了有效控制。同时降低了焊接人员劳动时间，劳动强度和生产成本也得到了更好的控制。