不锈钢车体门扣铁焊接变形控制

不锈钢车体门扣铁焊接变形控制

孙明辉 ,孔祥宇 ,张传海

中车长春轨道客车股份有限公司  吉林省  长春市 130000

摘要：从现代交通产业来说，轨道客车、飞机、汽车等众多交通工具之间的竞争促使我国各类交通运输设备得到了飞速发展。为了全面满足轨道客车工业进步发展的要求，中国中车还需要不断进行技术装备更新和科技产品升级。本篇文章重点研究了不锈钢车体组焊接过程中，门扣铁变形的问题，并采用了预设反变形、工装控制和调整焊接工艺参数等新技术处理门扣铁的焊接变形问题。

关键词：不锈钢；门扣铁焊接技术；变形控制

引言：轨道车辆焊接变形控制问题一直是困扰技术工作者的难题。通过对不锈钢车体门扣铁结构进行分析，并开展一系列整改策略，进一步减少变形问题的出现。

1、不锈钢材料的特点

一般来说，不锈钢指的是不容易锈蚀的钢铁材质，经实验证明，钢铁在大气环境、水等弱介质中以及硝酸等氧化性介质中，防锈蚀程度随着钢铁中铬浓度的上升而增加，当铬浓度超过了规定的比例时，钢铁的耐腐蚀性能会出现突变，即从易锈蚀到很难生锈，再从不耐蚀到完全防锈蚀。在许多的工业生产应用中，不锈钢均可给出令人满意的防锈蚀特性。

2、概述

出口墨尔本的不锈钢公司车辆为：A型不锈钢轨道客车，其构造比较特殊，焊接比较集中。组焊工程中由于焊缝的变形量很大，侧墙门口平面度和弧度超差，对以后所装零部件的安装质量和整机美观造成了很大的影响。所以怎样减少门扣铁的焊缝变形，并提高侧墙平面度和弧形样板间隙就成为了一个技术难题。

3、轨道车辆不锈钢车体焊接变形控制措施

以下以不锈钢车体门扣铁组焊过程为例，展开分析研究。不锈钢车体组装焊接，门扣铁都采用MAG连接，整体构造结构紧密，焊接应力集中。所以怎样有效控制门扣铁的焊接变形，并保持侧墙平面度和弧形样板间隙一直是一个工艺难题。

3.1原因分析

3.1.1结构原因

该项目的门扣铁主要通过折弯技术成型，此工艺既便于门扣铁和分块侧墙间电阻点焊的进行，也可减少弧焊结构，从而降低焊接变形。但由于门扣铁厚度分布不均等，刚性较弱，在焊接过程中容易变形。门立柱与侧墙横梁焊缝比较集中更加大范围的门扣铁的焊缝变形。焊后门扣铁中间宽度增大，整体外形仍呈鼓形。

3.1.2材质原因

车体采用奥氏体不锈钢，具有良好的韧塑性和优异的焊接稳定性，但其线膨胀系数较高（比碳钢的约高40%），而且也会随着工作温度的提高而随之增加（见图3-1），所以即使在相同热输入下，奥氏体不锈钢也相对碳钢的变形更大。

        图3-1

3.1.3焊接工艺原因

门立柱和横梁通过MAG连接，焊缝依次从侧墙下部至上部逐根连接（见图3-2），焊缝无框架结构，整体刚度较差，每根横梁对应位置均可能出现焊缝下沉，焊后整个门柱下沉很大。在门柱与横梁之间的连接过程中所采用的电流相差较大（PG位置约130A, PA位置约100A)，因而焊接速度偏慢，致热输入量也较大，且高温的持续时间亦较长，故在焊接后门扣铁变形量也很大。

               图3-2

3.2改善措施

3.2.1焊接反变形

焊缝反变形法，是指在焊缝前对工件和工装预置相应方向的变形量以补偿焊缝变形的办法，不但能够抑制焊缝变形还能够防止焊缝应力集中，在极大程度上改善了门扣铁变形的生产工序。反变形工艺的方法如下：在两侧墙梁和门柱焊缝前先进行点固，接着在门立柱中间内侧以及两端部外弧根各垫上4mm的厚垫木，并用F钳把门立柱上、下两端与工程用工装完全把牢，以保证门立柱的外轮廓弧形保持在伸展状况下，焊后样板间隙、平面度均达到了规范要求，如图3-3所示：

                   图3-3

3.2.2刚性约束

刚性约束法是目前使用面积最高的技术措施一种，其动作简便，且功效明显，但由于采取了外力强行限制的焊接形状，因而在焊接后仍会形成较大的内应力，可通过锤击法、加热或喷丸等方式释放内应力。门扣铁刚性约束，主要是采用在原工装上添加的两副垂向夹紧装置，在焊接过程中分别夹紧门立柱中心，同时控制在焊缝过程中车门柱中侧立边的焊接收缩，焊后待焊缝温度充分冷却时用木槌敲打在焊缝处释放内部应力等。

3.2.3改善焊缝工艺

通过对变形过程中的虚拟仿真和对工艺试验成果的实测检验，对焊接顺序和连接参数进行了适当调节：(1）焊接过程中先焊侧墙与门立柱连接的立焊缝，待全部立焊缝冷却后焊接全部横焊缝:(2)适度减少焊缝电流（PG定为115A,PA定为85A），增加焊接速度，减少热输入，从而降低了焊缝变形。采取了上述措施后，焊缝形状获得了控制，实际测量门扣铁的平面度≤1mm/2m，门扣铁弧形间隙≤0.5mm，均达到了设计标准要求。

结束语

通过对不锈钢车体门扣铁组成的焊接过程进行研究分析，确定了焊缝变形的主要成因，并给出了改进对策，在后期采用预设反变形、优化工艺参数、提高刚度约束比和改进焊接顺序等工艺技术手段有效控制了焊接变形。

参考文献

[1] 康丽齐,孙志鹏,王香,等. 基于TRIZ理论的车体焊接变形控制方法[J]. 城市轨道交通研究,2020,23(4):1-4,23. DOI:10.16037/j.1007-869x.2020.04.001.