畢紅雪 王二輝 丁磊 孫立國

摘要： 通過對JW4G轉向架構架及側梁組焊工藝進行分析，重點，介紹了焊接變形的種類及產(chǎn)生原因。通過對不同焊接結構易產(chǎn)生的焊接變形種類進行分析，分別運用合理的下料工藝、焊接工藝及適用的工藝裝備，較好地控制了構架的焊接變形，降低了勞動強度、提高了生產(chǎn)效率。

關鍵詞： JW4G轉向架； 焊接變形；焊接工藝

中圖分類號： TG404

1 轉向架構架簡介轉向架作為機車車輛的主要部件，對行車安全起著至關重要的作用，構架作為轉向架的重要承載和傳力構件，不僅要承載車體、電機及各種零部件，還要傳遞車體與輪對之間的各種橫向、縱向及垂向力[1]。JW4G型接觸網(wǎng)作業(yè)車轉向架構架由兩個側梁、一個橫梁、兩個端梁及各種小附件組成，其中側梁是該構架最為重要的大部件，它是砂箱座、液壓減震器座、拉桿座、拐臂座、彈簧座等附件的定位基礎，受力情況十分復雜，它質量的優(yōu)劣直接影響到整體加工、組件裝配，甚至影響車輛的正常運行。

2 構架焊接性

2.1 焊接性概念

金屬焊接性是指金屬是否能適應焊接加工而形成完整的、具有一定使用性能的焊接接頭的特性。理論上來講，只要在熔化狀態(tài)下能夠形成液態(tài)的任意兩種金屬或合金都可以經(jīng)過熔焊形成接頭。但工藝的復雜程度不同，所形成的接頭有的質量及性能也有差異。所以，金屬焊接工藝過程簡單而接頭質量高、性能好時就稱作焊接性好；反之，就稱作焊接性差。

2.2 焊接性分析

由于鋼的化學成分對焊接熱影響區(qū)的淬硬及冷裂傾向有直接影響，因此可以用化學成分來分析其冷裂敏感性。在各種元素中，碳是對冷裂紋敏感性最顯著的一種，因而將各種元素都按相當于若干含碳量折合并疊加，求得碳當量，用CE或Ceq來估計冷裂傾向的大小。國際焊接學會采用CE=C+Mn/6+（Ni+Cu）/15+（Cr+Mo+V）/5。此式適用于中高強度的非調質低合金高強鋼。CE≤0.45%時，焊接厚度25 mm的鋼板可以不預熱，焊接性較好[2]。

JW4G構架主要采用厚度在8～14 mm的Q345B型鋼板，屬于低合金鋼，其化學成分如表1所示。

根據(jù)上述公式，可以求得Q345B低合金鋼的碳當量CE≤0.43%，產(chǎn)生冷裂紋的傾向較小，焊前不需要預熱。

3 焊接變形

3.1 焊接變形的分類及產(chǎn)生原因

3.1.1 縱向及橫向收縮

由于電弧焊是對金屬的局部進行加熱，造成焊件上溫度的不均勻分布，在電弧下的金屬溫度達到了熔化溫度，離開電弧處的金屬溫度急劇下降，而遠離電弧的金屬還未加熱。不均勻的溫度場造成焊件的焊接變形及應力的產(chǎn)生。

3.1.2 角變形

角變形主要是因為焊縫橫截面形狀上下不對稱，從而使焊縫橫截面上下焊接收縮量不一致而產(chǎn)生的。

3.1.3 彎曲變形

彎曲變形主要是由于縱向變形、橫向變形及角變形綜合引起的。焊縫在結構上的布置不對稱、各方向的收縮量不均勻也會造成彎曲變形。

3.1.4 波浪變形

主要出現(xiàn)在薄板焊接結構中，產(chǎn)生的原因主要是由于焊縫的縱向縮短對薄板邊緣造成的壓應力或橫向縮短造成的角變形。

3.1.5 扭曲變形

產(chǎn)生的原因可能是裝配質量不好、工件擱置不當以及焊接順序和焊接方向不合理。

3.2 控制焊接變形常用措施

（1）減小焊縫截面積 ，在得到完整、無超標缺陷焊縫的前提下 ，盡可能采用較小的坡口尺寸（角度和間隙）。（2）對屈服強度在345 MPa以下 ，淬硬性不強的鋼材采用較小的熱輸入 ，盡可能不預熱或適當降低預熱、層間溫度；優(yōu)先采用熱輸入較小的焊接方法 ，如 CO2氣體保護焊。（3）厚板焊接盡可能采用多層焊代替單層焊。（4）采用焊前反變形方法控制焊后的角變形。（5）采用剛性夾具固定法控制焊后變形。（6）采用構件預留長度法補償焊縫縱向收縮變形。（7）在焊縫眾多的構件組焊時或結構安裝時，要采取合理的焊接順序[3-4]。

4 側梁及構架組焊工藝

JW4G構架由側梁、橫梁及端梁組成的“日”字形框架（如圖1所示），而側梁（如圖2所示）及橫梁均是由上下蓋板、立板及筋板組成的箱型梁，故選取側梁及構架整體的組焊工藝作為典型，重點介紹兩者在生產(chǎn)中采用的控制焊接變形的措施。

4.1 側梁組焊工藝

側梁整體組焊工藝流程為：立板筋板工裝組對→下蓋板組對→內部焊縫焊接→上蓋板組對→外部焊縫焊接→調校。為了控制焊接變形，采取了如下工藝措施。

4.1.1 焊接收縮放量

側梁全長3 440 mm，外部通長的焊縫的接頭形式為開坡口的角接頭，因焊縫長度過長且焊接量較大，很容易造成縱向收縮變形。為解決這一問題，在側梁的立板及上下蓋板下料時進行同步焊接工藝放量，放量尺度為側梁全長的0.15%～0.2%，共放量6 mm。

4.1.2 合理的焊接順序

側梁內部焊縫的焊接在變位機上進行，焊接前將需要焊接的焊縫調整為船型焊，通過規(guī)范側梁內部焊縫的焊接順序來盡可能消除焊接變形的產(chǎn)生。在內部焊縫焊接時采用兩人分中焊的方法，即：隔板與下蓋板焊接時，由兩名焊工分別從中間向兩邊進行施焊（如圖3所示）；隔板與立板焊接時，由兩名焊工分別從中間向兩邊進行施焊（如圖4所示），這種焊接方法可以有效的減少側梁的焊接變形。

4.1.3 剛性固定

在組焊側梁內部焊縫時，為防止側梁因焊接造成彎曲變形和波浪變形，設計了側梁組焊工裝（如圖5所示）。在焊接前將側梁放置在組焊工裝上，并用絲杠將側梁從橫向及垂向方向分別固定夾緊后進行焊接，減少側梁因焊接產(chǎn)生的變形。

4.1.4 減少熱輸入

因Q345B鋼的淬硬傾向較小，故采用熱輸入較小的CO2氣體保護焊的焊接方法；由于母材均為8～14 mm的中薄板，故焊前不需要進行預熱處理。

4.1.5 機械校正

側梁在外部焊縫焊接完成后，將側梁在檢測平臺檢測側梁長度及兩端部位的平面度。由于焊縫的布置不是完全對稱，在焊接后會產(chǎn)生端部的彎曲變形。即使采取以上諸多措施來控制，焊接變形仍難以完全消除。在側梁制造的最后一道工序，將側梁放置在雙頭壓力機下進行機械校正，以保證側梁滿足圖紙技術要求。

4.2 構架組焊工藝

構架組焊工藝流程為：構架組對→構架檢查→構架焊接→構架精整→焊縫探傷→構架整體退火熱處理。為了控制焊接變形，采取了如下工藝措施：

4.2.1 焊接收縮放量

JW4G構架由側梁、橫梁及端梁組成的“日”字形框架，組焊后構架寬度尺寸為2 176 mm。由于側梁與橫梁采用八條開坡口的對接焊縫以及四條角焊縫的焊接結構，焊接量較大且橫向收縮變形較嚴重，故在構架組對時預留了2 mm的組對間隙，以保證構架組焊完成后的尺寸滿足設計要求。4.2.2 合理的焊接順序

為防止因焊接收縮而造成組焊后尺寸超差，設計焊接順序的思路為：在工裝壓緊后先對所有適焊部位的連接焊縫進行打底焊，使構架連接成為一個穩(wěn)定、封閉的框架結構，然后上焊接變位機裝卡，將焊縫翻轉至平焊或平角焊位置對剩余焊縫進行蓋面焊。具體焊接順序如下：側梁與橫梁立焊縫打底焊接→側梁與橫梁角焊縫打底焊接→側梁橫梁對接焊縫焊接→側梁橫梁角焊縫焊接→側梁端梁角焊縫焊接→變位機裝卡→蓋面焊。因構架為對稱焊接結構，故在進行各條對稱焊縫的焊接時，安排兩名焊工同時施焊以使焊接產(chǎn)生的應力互相抵消，從而減少焊接變形。

4.2.3 剛性固定

在構架整體組焊時，為防止構架因焊接造成彎曲變形，設計了構架組焊工裝（如圖6所示）。在焊接前將側梁、橫梁及端梁放置在組焊工裝上，并用絲杠將側梁從橫向及垂向方向分別固定夾緊后進行焊接，減少構架因焊接產(chǎn)生的變形。

4.2.4 減少熱輸入

同側梁焊接一樣，構架的焊接也采用熱輸入較小的CO2氣體保護焊的焊接方法，且焊前不需要進行預熱處理。在焊接量較大的橫梁與側梁對接焊縫處，采用多層多道焊的方法，減少焊接熱輸入量以控制焊接變形。

4.2.5 熱處理

在側梁及構架的生產(chǎn)中存在大量的剛性固定，導致構架的金屬結構內部存在較大的殘余應力；對側梁變形進行的機械校正，又導致外部施加載荷引起的應力，兩種應力不是簡單的疊加，對結構的影響也十分復雜。它們的存在不僅降低了承載結構的承載能力，而且影響結構的裝配精度，最終影響設備的工作質量和使用壽命以及列車運行的安全性。因此，為了消除結構內部的各種應力，采用構架組焊后整體熱處理的方法來消除應力，減少下工序構架整體加工時因應力釋放造成的加工變形。

5 結論

通過采用預留長度法、剛性固定法、減小熱輸入量法、機械校正法等工藝措施，有效的控制了焊接變形，同時通過熱處理手段消除了內部的焊接殘余應力，為后續(xù)構架的整體加工以及轉向架的組裝提供了質量保證。雖然采取了種種的工藝措施來盡可能的控制焊接變形，但是我們還應該清醒的認識到：焊接作為一個特殊工序，有焊接存在的地方就有焊接變形，它可能減小但不可能完全消除，這也為進一步優(yōu)化焊接工藝提供了方向和可能性。

參考文獻

[1] [ZK（#]王紅，趙邦華.我國車輛焊接轉向架研制及引進運用現(xiàn)狀[J].甘肅科學學報，2007（5）：10-14.

[2] 張文鉞.焊接冶金學[M].北京：機械工業(yè)出版社，2005.

[3] 李季.焊接應力、焊接變形的產(chǎn)生和控制[J].中國新技術新產(chǎn)品， 2010（2）：4-6.

[4] 馬淑芹. 淺析焊接應力與焊接變形產(chǎn)生的原因及控制措施[J]. 今日科苑， 2010（18）：130-130.