城铁B型车侧梁焊接变形控制方法研究

Welding Technology Vol.47 No.3 Mar. 2018•焊接质量控制与管理•85文章编号：1002-025X(2018)03-0085-03
城铁！型车侧梁焊接变形控制方法研究
宫平，张林儒，宋全超
(中车长春轨道客车股份有限公司，吉林长春130062)
摘要：通过对B型地铁车侧梁的结构特点分析，以及实际焊接工艺过程的试验分析，得出了内腔焊接对侧梁整体焊接变形贡献最大的分析结论。

针对侧梁内腔焊接，采取了改进夹具预置焊接反变形和冷却时间控制的焊接变形控制方案，取得了良好效果，控制侧梁焊后平面度偏差小于1@@，满足设计和工艺要求，侧梁焊接后不需要进行矫正。

关键词：侧梁；反变形；矫正
中图分类号：U270.6; TG404文献标志码：B
〇序言
城铁B型车侧梁是典型的箱形断面梁，其断 面形状为长方形，基本特征是由4块板用4个T 形接头连成整体，箱形内部采用若干肋板加强连接"1#。

箱形梁制造的主要技术问题是焊接变形的控制，从梁断面结构形状和焊缝分布看，断面中性轴左右基本对称，焊后产生旁弯的可能性较小[2]。

断面中性轴上下不对称，因小肋板多在中性轴偏下方，焊缝大部分分布在中性轴偏下方，焊后要产生上拱的焊接变形。

这将会影响侧梁上肀面度，
收稿日期：2017-07-09
高的要求。

参考文献：
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[5]湖北省职工焊接技术协会.焊接能手绝技绝活精粹[M].北京：
化学工业出版社，2010.从而影响侧梁加工、构架组对等后道工序的精度，最终影响成品构架的制造质量。

本文通过分析侧
梁焊接变形规律，研究焊接变形的控制方案，得 出一般结论，对于城铁B型车侧梁焊接变形控制
给出解决方案。

1侧梁焊接变形规律分析
侧梁组焊工艺流程一般为：①立板与加强肋板
组焊；②内腔组对；③内腔焊接；④上盖板组对-⑤机械手焊接；⑥组成组焊。

其中①焊后经过一次
变形矫正，在进行侧梁内腔组焊前已经消除变形影响；组成组焊主要焊接起吊装置或卡座，自身焊接 量少，并且侧梁已经形成箱形整体，对侧梁整体变
[6] NB/T47015—2011压力容器焊接规程[S].
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作者简介：侯仰博（1982—），男，工程硕士，菏泽市产品检验检测
研究院工程师，主要从事锅炉压力容器监督检验和特种设备焊接作业
人员培训考试工作.
86 •焊接质量控制与管理•焊接技术第47卷第3期2018年3月形基本无影响。

本文主要分析焊接量较大的内腔焊
接和机械手焊接工序的变形规律，以及控制变形的
方案措施。

1.1内腔焊接变形规律
城铁B型车侧梁内腔一般有13个肋板（序号
1~13)和1个导柱（序号r)，如图1所示。

大致3
类焊缝，a为肋板（及导柱）与下盖板间横缝，b为
立板（及导柱）与下盖板间纵缝，+为肋板（及导
柱）与立板间立缝，如图2所示。

图1侧梁内腔肋板及导柱
图2侧梁内腔焊缝示意
焊接顺序，先横缝后纵缝加立缝，具体为：1a，
1(a，2a，3a，4a，5a，6a，7a，8a，9a，10a，11a，
12a，13a;1c(1(c)，（1-3) b，2c，（2-1) b，
3c，(3-4) b，5c，(5-2) b，4c，（4-7) b，6c，
(6-4) b，7c，(7-8) b，9c，(9-6) b，8c，(8­
11) b，10c，(10-9) b，11c，(11-12) b，13c，
(13-10) b，(13-端头）b，12c，（12-端头）b。

焊缝充分冷却后，内腔焊接变形规律为横缝焊
后向下变形2+mm，纵缝加立缝焊后向下变形3 +
mm，图3为变形方向'意图。

图3侧梁内腔焊接变形万向示意图
1.2机械手焊接变形规律
侧梁外缝为侧梁上下盖板与立板间的4条焊缝，
如图4中的I，"，#，$。

焊接顺序如图4所示，
其中焊道①&④为打底层；⑤，⑥为板厚14 mm处的 填充层；⑦&⑩为盖面层。

焊缝充分冷却后，外缝机 械手焊接向下变形 0.3 mm，变形 。

通过以上对于侧梁内腔焊接和机械手焊接的变
图7实际达到的反变形效果
侧梁焊接夹具上，仅在两端头设置支撑点（图6)，中间不设置支撑点或增加下压点，将有利于内 腔横缝 下 中间形规律分析 结论，侧梁焊接变形主要由内腔焊接变形引起，机械手焊接变形对侧梁整体焊接变形的贡献不大。

I:①，⑤，⑦；"：②，⑧；m:③，⑨；④，⑥，⑩
图4侧梁外缝示意图
2焊接变形控制方案
通过以上对侧梁焊接变形规律的分析，内腔焊 接引起较大变形是侧梁整体变形的主要原因，因此 在控制焊接变形上主要针对内腔焊接制订相应的控制方案。

2.1内腔焊接夹具改进
侧梁内腔焊接时预置反变形。

通过试验，内腔 横缝焊后10 m in内，侧梁的整体变形趋势是受热膨胀变形，向上变形2.5 mm左右，如图5所示。

在此10 m in时间内，顺着热膨胀变形趋势方向施加外力，对接下来的焊缝收缩变形预置了反变形，预置2 mm以上，如图6及图7所'。

反
变
形
方
向
反
变
形
方
向
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部分下移，从而促使两端头向上变形，横缝冷却过程中受自身重力或下压力作用，抑制了两端头向下产生过大的变形。

内腔焊接经历焊接热膨胀变形、预置反变形、焊接收缩变形，如图2及图9所示。

(@)中间悬空
图#利用自重和下压力预制反变形（促进热膨胀，抑制冷却收缩）焊接“负”变形即两端向下变形，是不利的。

表2中，时间轴“!3—!4”时间段出现立缝收缩与纵缝膨胀的“正”变形叠加是可以接受的。

由于 横缝焊接“负”变形对侧梁总体向下变形贡献最大，所以应避免横缝“负”变形与其他焊缝“负”变形 的叠加。

为了避免以上“负”变形叠加情况的发生，不同位置和区域焊缝焊接后应充分冷却，减少复杂 的收缩和膨胀互相叠加助长。

表2焊缝“正”变形叠加情况
时间段!0_!1!1一!2!2一!3!3_!4!5一
横缝变形趋
势、方向
受热
膨胀
正
冷却
收缩
负
缝变形趋
势、方向
一一一一
受热
膨胀
负
冷却
收缩
正一一缝 形趋
势、方向
受热
膨胀
正
冷却
收缩
负通过采用上述控制方案和措施，侧梁焊接变形得到了有效控制，侧梁整体焊接后，上肀面度偏差小于1mm，满足设计和工艺要求，不需要再进行焊 接变形的矫正。

3结论
2.2冷却时间控制
侧梁内腔焊接时，所有焊缝都经历受热膨胀到冷却收缩的过程，而后者最终体现变形的趋势方向。

因此不同位置、不同时间段焊缝的变形趋势不同，这就要求不同位置和区域的焊缝焊接完成后要充分冷却，再进行下一个位置和区域焊缝的焊接，避免 出现表1中“负”变形叠加情况。

表1焊缝“负”变形叠加情况
时间段!〇_!1!1一!2!2—!3!5!6
横缝 形趋 势、方向受热
膨胀
正
冷却
收缩
负
缝变形趋 势、方向一一
受热
膨胀
负
冷却
收缩
正一一一一
缝 形趋 势、方向受热
膨胀
正
冷却
收缩
负
表1中，以侧梁两端向上变形为“正”，向下变 形为“负”。

时间轴“!1一!2”时间段出现横缝收缩与 立缝膨胀的“负”变形叠加，这将会减小收缩“负”变形的抗力，造成收缩变形严重，而对于侧梁内腔
(1)侧梁焊接变形主要由内腔焊接变形引起机械手焊接变形对侧梁整体焊接变形的贡献不大。

(2)通过内腔焊接夹具改进，可以实现预置焊接反变形，从而控制内腔焊接变形。

(4) 过控制焊缝冷却时间，收缩和
膨胀 形 的，冷 却
不 充 分 或 反 形 减 的生。

参考文献：
[1]中国机械工业学会焊接学会.焊接手册：第3卷：焊接结构[M].
北京：机械工业出版社，2008.
[2]黄初皓，罗小敏.箱型桥式起重机主梁装焊工艺方案讨论[J].机
械设计与制造工程，1998(6): 58-59.
作者简介：宫平（1978—），男，吉林长岭人，工学硕士，高级工程
师，主要研究方向：轨道客车转向架焊接工艺、工业厂房规划设
计.。