武汉地铁2号线侧梁焊接变形控制

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 武汉地铁 2 号线侧梁焊接变形控制 摘要：文章主要介绍了武汉地铁 2 号线侧梁的组成部分，阐述了侧梁焊 接变形的原因，分析了焊接变形的特点， 并提出了侧梁焊接变形的控制措施与矫 正方法。 中国论文网 /8/view-12888542.htm 关键词：武汉地铁；侧梁；焊接 变形；侧梁下盖板；侧梁主焊缝；侧梁 附件 中图分类号：U231 文 献标识码：A 文章编号： 1009-2374（2012）16-0083-03 随着城市交通的需求与铁路现代 化的高速发展，地铁已经成为缓解城市 交通压力的必然产物，作为地下交通客 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 运装备，地铁的设计以及工艺质量都要 求有较高的水平，而且产品的质量和使 用寿命要求也越来越高。作为地铁组成 部分的转向架，特别是转向架构架的质 量尤为重要，而转向架侧梁焊接变形的 控制则是确保构架产品质量的关键。地 铁构架侧梁结构设计的合理，工装设计 的逐步完善，焊接工艺的标准化，将使 得侧梁焊接变形得到有效的控制。本文 分析了武汉地铁 2 号线侧梁焊接变形的 原因及特点，并提出了相应的控制措施 和矫正方法，有利于以后对焊接工装及 工艺的改善，对以后的批量生产有重要 作用。 1 武汉地铁 2 号线侧梁结构及 工艺流程 1.1 侧梁组成结构 武汉地铁 2 号线侧梁包括下盖板 组成、立板隔板组成、上盖板、端立板、 交叉腹板以及各附件。 1.2 侧梁制造流程 武汉地铁 2 号线侧梁的制造流程 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 是：下盖板组焊、立板隔板组焊、梁体 组焊、侧梁主焊缝焊接、侧梁附件组焊。 2 焊接变形 2.1 焊接变形产生原因 焊接变形产生的原因有很多，不 均匀的局部加热和冷却是最主要的原因， 另外，焊接方法、接头形式、坡口形式、 坡口角度、焊件装配间隙、焊接速度和 焊接顺序等都会对焊接变形造成影响。 2.2 焊接变形分类 焊接变形的一般可以分为纵向收 缩变形、横向收缩变形、角变形、弯曲 变形、波浪变形和扭曲 变形。 2.3 焊接变形控制 2.3.1 设计措施 第一，合理地选择焊接的尺寸和 形式：焊接尺寸直接关系到焊接工作量 和焊接变形的大小。 第二，尽可能减少不必要的焊缝： 在设计焊接结构时，力求焊缝数量少， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 避免不必要的焊缝，从而减小焊接变形。 第三，合理地安排焊缝位置：在 设计焊接结构时，安排焊缝尽可能对称 于截面中性轴，或者使焊缝接近中性轴， 这对于减小扭曲变形有良好的 效果。 2.3.2 工艺措施 第一，焊前预防措施。 反变形法：根据预测焊接变形大 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，使构件恢复到设计要求的几何形状 尺寸。 刚性固定组装法：采用夹具或刚 性胎具将被焊构件尽可能地固定，可有 效地控制待焊构件的角变形与弯曲变形 等。 预留加工变形余量法：在工件下 料及加工时预先考虑收缩余量，以便焊 后工件达到所要求的形状、尺寸。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 第二，焊接过程控制措施。 焊接方法和焊接规范参数：选择 线能量较低的焊接方法以及合理的控制 焊接规范参数可以有效的防止焊接变形。 焊接顺序：采用合理的焊接顺序， 对于控制焊接变形有较大的作用，尤其 是在多道焊中，作用更加明显。 第三，焊后矫正措施。 加热矫正：利用火焰加热时产生 的局部压缩塑性变形使构件较长的部分 在冷却后缩短来消除 变形。 机械矫正：给构件施加外部机械 力，使构件产生与焊接变形方向相反的 塑性变形，从而消除焊接变形。 3 武汉地铁 2 号线侧梁焊接变 形分析及控制 3.1 侧梁下盖板组成焊接引起的 变形 武汉地铁 2 号线侧梁下盖板组成 由中间下盖板、端下盖板（左、右）组 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 成，由两条对接焊缝连接，由于端下盖 板左和端下盖板右缺少与焊缝垂直方向 的横向定位装置，焊接过程中一般发生 与对接焊缝垂直方向的横向收缩变形， 控制横向收缩变形的方法一般采用工艺 放量，武汉 2 号线侧梁工艺放量尺寸 （省略）所示，控制垂向、纵向收缩变 形主要采用有效工装刚性约束，工装压 紧状态如图 1 所示： 由于下盖板都是压型板，若各自 压型不到位也将引起组装间隙不均匀， 焊接时容易产生焊接变形，尤其是扭曲 变形，为控制扭曲变形，首先要对下盖 板的压型质量进行检查，检查不合格的 进行返工到位后再进行组焊，在焊接过 程中，采用对称施焊和层间冷却工艺可 减小焊接变形。 3.2 侧梁内部焊缝焊接引起的变 形 武汉地铁 2 号线侧梁内部焊缝有 隔板与下盖板组成、立板的焊接，隔板 与内外立板、下盖板组成之间的焊缝焊 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 接可能会引起弯曲变形、横向收缩变形 及扭曲变形，内外立板和下盖板组成的 内部焊缝焊接可能会引起角变形及扭曲 变形。 侧梁内部焊缝较多，而且分布复 杂，需要减少单层焊接量，减少热变形， 选择合理的焊接顺序和合理的焊接规范， 同时设计专用组焊工装确保装配质量及 焊接变形。 严格控制焊缝间隙：一般对接焊 缝间隙约为 3mm，角焊缝采用无间隙 焊接，焊前需检查，达不到要求需返工 到位。 采用刚性固定焊接：用工装夹具 压紧侧梁体，压紧定位点分别位于侧梁 中间、两端和介于中间和两端的倾斜位 置，压紧后进行焊接。 采用对称焊接：焊接内部焊缝时， 采用由中间向两端对称施焊，有效的减 少了工件的焊接变形。 采用单层单道焊接并选择合理的 焊接规范：焊接电流 240A，焊接电压 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 26V。 对梁体垂向、纵向、横向采用刚 性固定方法约束相对应方向的焊接变形， 具体组焊工装如图 2 所示： 3.3 侧梁外部焊缝焊接引起的变 形 侧梁外部焊缝焊接变形主要是侧 梁内外立板和上下盖板之间的主焊缝， 在工装压紧状态下由 IGM 焊接机器手 进行外部主焊缝焊接，具体焊接状态如 图 3 所示。 两端在焊接主焊缝过程中由于纵 向收缩及工装夹具的压紧力，使得侧梁 两端产生了角变形；为便于机器人焊接， 采用的工装夹具比较简单，也容易引起 弯曲变形，因此，在编制焊接工艺文件 时，采用完全对称焊接工艺，焊接顺序 完全对称，对焊接方向、焊脚大小、焊 缝形状等作了严格的规定，有效的控制 了焊接变形。 3.4 侧梁附件焊接引起的变形 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 该车型侧梁轴承座与下盖板焊接， 容易引起角变形，所以在工装上定位焊 好轴承座后，在轴承座之间增加工艺撑 杆，防止焊接时的角变形，其余附件主 要分布在侧梁的外侧，而且大部分设计 尺寸为空间尺寸，组装尺寸不容易控制， 必须通过专用工艺装备来定位才能得到 有效保证（具体组焊工装见图 4） ，但由 于工装定位装置过于复杂，附件焊接只 能在转胎夹具上进行，这样无形当中， 侧梁附件焊接相当于在自由状态下焊接， 焊接时由于梁体受力不均，将引起侧梁 整体弯曲变形及扭曲变形；通过前期试 制的经验积累，结合机器手焊接产生的 旁弯和附件焊接产生的旁弯相抵消，对 梁体弯曲变形的控制起到了很好的效果， 目前该项目侧梁弯曲变形基本上控制在 设计要求范围之内。 在侧梁生产中，虽然各部分焊缝 的焊接变形均采取了较为有效的工艺措 施进行控制，但实际生产中，侧梁焊接 变形仍旧偶有发生，其原因主要有以下 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 几方面： 第一，操作者违反工艺操作，焊 前未打磨、组装有偏差、焊接规范不合 理及焊接顺序不合理等违反工艺纪律的 操作，都会造成焊接变形。 第二，工装定位的偏差，工装使 用一段时间后，用于定位的螺栓会发生 变形，没有及时调整与返修，使得零部 件组装时产生偏差，导致焊接 变形。 第三，零部件的变形，上、下盖 板等零部件都是压型件，其本身的小变 形在检查中易被忽视，各零