如何正确判断部件组焊变形趋势

如何正确判断部件组焊变形趋势

周晶辉 李栋梁 董新

中车长春轨道客车股份有限公司

序言：

随着我国高速铁路的快速发展，高速动车组已经大量运营在我国各条铁路干线上，为缓解我国铁路运营压力起到了决定性作用。高速动车组车体采用铝合金材质，由于其轻量化、密封性好等优点成为高速动车组车体的主要材料。由于铝合金导热性强、线膨胀系数大，所以焊接后变形量比较大，而我公司近年来铝合金车体产量大幅提升，这就使铝合金车体制造的尺寸保证技术变得尤为重要。部件焊前预置形变技术是根据经验和计算公式预判部件的变形方向和大致数值，焊接前将部件向相反的方向预置一定量的变形，从而实现对焊接变形的控制，在铝合金车体的尺寸保证方面应用广泛。

焊接中的局部变形的原因及预防措施

1 焊接中的局部变形产生原因：

1.1部件本身焊缝布置不均，导致收缩不均匀，焊缝多的部位收缩大、变形也大；

1.2部件人员操作不当，未对称分层、分段、间断施焊，焊接电流、速度、方向不一致，造成加工件变形的不一致；焊接时电流过大引起焊接应力集中和过量变形；

1.3部件、车体焊接时热量过于集中，没能有效控制焊接时间，导致部件局部应力集中，释放时会引起部件局部变形。

图 一

2预防焊接中的局部变形措施：

2.1设计时尽量使工件各部分刚度和焊缝均匀布置：对称设置焊缝减少交叉和密集焊缝。

2.2制定合理的焊接顺序以减少变形：其顺序为，先焊接主焊缝后，在焊次要焊缝，同时在焊接结构较为复杂的构件时，应考虑焊后构件的形位尺寸变化，在进行施焊时应先焊接对称焊缝，后焊非对称焊缝，先焊收缩量大的焊缝，后焊收缩量小的焊缝，先焊对接焊缝后焊角焊缝；对尺寸大焊件多的工件，采用分段、分层、间断施焊，并控制电流、速度、方向一致。

2.3手工焊接较长焊缝时，应采用分段进行间断焊接法：由工件的中间向两头退焊，焊接时人员应对称分散布置，避免由于热量集中引起变形，大型工件如形状不对称，应将小部件组焊矫正完变形后，在进行装配焊接，以减少整体变形。

2.4工件焊接时应经常翻动，使变形互相抵消：对于焊后易产生角变形的零部件，应在焊前进行预变形处理，如钢板v形坡口对接，在焊接前应将接口适当垫高，这样可使焊后变平；通过外焊加固件增大工件的刚性来限制焊接变形，加固件的位置应设在收缩应力的反面。

2.5对已变形的工件，如变形不大，可采用火烤矫正。如变形较大，采用边烤边用千斤顶顶的方法矫正。

3 结构件焊接横向与纵向变形量的理论分析

结构件的焊接变形是焊接过程中客观存在的，目前，无论采用何种焊接工艺都不能彻底消除焊接变形，只能通过有效的防护措施减小焊接变形。焊接变形不仅严重影响工艺流程在生产过程中的正常运行，而且降低了结构件的承载能力，影响结构件的安装精度及外观。焊接完成后校正残余变形非常繁琐，处理不好容易造成二次变形，这样不但延误生产周期，而且会引起产品质量不稳定等诸多不良影响。因此，根据焊接变形的不同分类，分析、预判、控制结构件的焊接变形十分重要。通过对焊缝横向与纵向变形的理论分析，可以延伸到所有类型的变形，从而对焊接过程中产生的所有类型变形有一定程度的指导作用。

4 铝合金车体焊接变形控制方法

4.1压铁简易防变形技术：对焊缝采用简易压铁压住，实现焊接变形控制。主要应用于铝合金车体的大部件组焊。

4.2预应力防平面度变形技术：对枕梁等结构内闭腔焊接，会引起表面平面度变形，在结构上予置应力，实现平面度控制。

4.3真空吸盘固定防变形技术：对无法实现压紧的工件，采用真空吸盘固定的方式，实现焊接变形控制。

4.4框架式卡紧防变形技术：针对铝合金件正、侧焊接的特点，采用框架式压紧器，实现一次装卡，完成正、侧焊接的技术。

4.5合理选择焊接工艺控制变形：合理选择焊接工艺及焊接顺序使焊接变形控制在合理的范围内。

4.6部件反变形技术：根据经验预判部件的变形方向和大致程度，焊接前使部件向相反的方向变形，从而实现对变形的控制。

一般采用上面的集中方式进行铝合金车体制造过程中的焊接变形控制。

3.铝合金车体制造过程中一些实用的操作方

部件反变形技术可通过工装、临时压铁或支撑、下拉等方式实现。在铝合金车体制造过程中，影响焊接变形量的因素非常多，如焊接参数、焊接顺序、母材、填充材料、工件所受的压紧力等。有些时候，仅用其中一种方法就可以达到控制部件变形量的目的，有时要多种方式配合才能达到控制部件变形量的目的。下面通过实际生产中的一些实例来进行说明。

3.1 预判形变举例：

1

2

3

1

2

3

图二

图二所见蓝色横梁与底架端部组焊时，会发生横梁中间区域凹陷的弯曲现象，解决这一问题，就要依据上述所说的长大焊缝中间区域2点收缩最大，同时横梁与底架插接形式对接焊缝焊接后收缩量较大，其次1点收缩量第二大，3点虽然横梁与底架同采取对接形式，但是由于焊接时受到边梁中间型腔筋的阻碍几乎没有收缩，根据上述分析组对方法应是3点应研配，2点作2mm间隙，1点作1mm间隙进行点固，焊接时采用从2点分别向两端焊接。

1

2

隔墙

风道

图三

图三所见隔墙与风道组焊时，如果不做任何处理二者组焊后，不能保证隔墙与底架地板间的垂直度，正确的组焊方法是将风道下部2点向内侧取2mm与风道上部1点连线，把多余部分去除，再将隔墙与风道组焊，且隔墙两端用拉带做反变形后，先焊接风道里侧立焊缝，然后在焊接外侧立焊缝。

结束语

只有充分了解铝合金材料特性，针对部件之间连接形式，焊接前进行有效判断，制定防止变形的措施是非常有必要的，了解焊接后发生各种形式的形变，是考验操作者对本领域领悟程度的具体体现，同时可以有效的提高车体及部件的结构强度，降低操作的的劳动强度，因此今后将整理总结焊接前预判形变的操作方法的必要性。