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        “快運(yùn)魔方”集裝籠架立柱的成形及焊接工藝研究

        2021-02-26 11:40:18廖良金劉順潮
        金屬加工(熱加工) 2021年1期
        關(guān)鍵詞:集裝快運(yùn)筋板

        廖良金,劉順潮

        中車石家莊車輛有限公司 河北石家莊 051430

        1 序言

        為適應(yīng)電商和快遞物流企業(yè)在鐵路快遞運(yùn)輸方面的需求,中車石家莊車輛有限公司提出了鐵路快運(yùn)貨物集裝化、客運(yùn)化運(yùn)輸系統(tǒng)解決方案,又名“快運(yùn)魔方”系統(tǒng)。圖1為第三代“快運(yùn)魔方”系統(tǒng)裝車圖。

        圖1 第三代“快運(yùn)魔方”系統(tǒng)裝車圖

        1.鐵路平車 2.集裝籠架 3.立柱 4.小型集裝箱

        “快運(yùn)魔方”系統(tǒng)由集裝籠架和鐵路1.5t小型集裝箱組成。集裝籠架整體固定在鐵路平車上。集裝籠架是“快運(yùn)魔方”系統(tǒng)的重要組成部分,立柱是集裝籠架的關(guān)鍵承重構(gòu)件,其成形質(zhì)量將直接影響集裝籠架的組裝精度和焊接質(zhì)量[1]。在生產(chǎn)制作過程中,立柱的成形方法、成形工藝及焊接工藝不合理都會導(dǎo)致立柱處出現(xiàn)角變形和整體撓曲變形。因此,成形方法、焊接工藝及變形控制成為立柱制造過程中需要重點(diǎn)控制的問題。

        2 材料性能分析

        (1)化學(xué)成分及力學(xué)性能 立柱采用山西太鋼不銹鋼股份有限公司生產(chǎn)的Q450NQR1高強(qiáng)度耐候鋼制造,規(guī)格為6mm,其化學(xué)成分見表1,力學(xué)性能見表2[2]。

        表1 Q450NQR1高強(qiáng)度耐候鋼的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) (%)

        表2 Q450NQR1高強(qiáng)度耐候鋼的力學(xué)性能

        (2)焊接性分析 因?yàn)殇摬暮附訜嵊绊憛^(qū)的淬硬性及冷裂紋傾向與其化學(xué)成分有關(guān),所以利用化學(xué)成分間接地評估鋼材冷裂紋的敏感性。把鋼中合金元素(包括碳)的含量,按其作用換算成碳的相當(dāng)含量作為評定鋼材冷裂傾向的指標(biāo)。由表1和表2實(shí)測數(shù)據(jù)可知,日本JIS標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的CE(JIS)適合進(jìn)行Q450NQR1高強(qiáng)度耐候鋼碳當(dāng)量計算[3]。

        當(dāng)600MPa≤Rm≤700MPa、CE<0.52%時,焊接時不需要預(yù)熱。

        3 立柱成形方法

        立柱截面如圖2所示,立柱屬于異形閉口截面冷彎件的一種,目前在鋼材市場沒有截面相同或近似的冷彎型鋼件可用,因此采用自制。

        立柱成形方法主要有兩種方案。

        方案1:將立柱分為上緣和下緣兩部分,上緣為外敞口式U形結(jié)構(gòu),下緣為U形槽結(jié)構(gòu),分別將上、下緣折彎成形,并根據(jù)圖樣要求在下緣頂部開45°坡口,并將其與上緣外敞口處焊接成形,詳細(xì)情況如圖3所示,立柱上下緣尺寸如圖4所示。

        圖2 立柱截面

        圖3 成形方案1

        方案2:提出“對半折彎、兩次焊接”的成形方法,將立柱從中軸處分為左右兩塊圍板,根據(jù)圖樣尺寸在折彎機(jī)上折彎成形,并在右圍板兩端開45°坡口,對立柱的上下主焊縫分別進(jìn)行“兩次”焊接成形,如圖5所示。

        采用方案1成形時,上緣敞口處斜度折彎不易保證,導(dǎo)致上下緣不能密切配合,給焊接增加了難度,使工作面產(chǎn)生變形,同時焊縫在工作面上,影響美觀,阻礙小型集裝箱裝卸功能的實(shí)現(xiàn)。采用方案2成形時,成形質(zhì)量較好,尺寸容易控制,水平對接焊縫容易施焊,焊接質(zhì)量容易保證,焊接變形主要產(chǎn)生在立柱上下方向,對工作面平直度基本不產(chǎn)生影響。

        根據(jù)以上分析以及公司現(xiàn)有工裝和設(shè)備,決定采用方案2進(jìn)行立柱生產(chǎn),左右圍板尺寸如圖6所示。

        圖4 立柱上下緣尺寸

        圖5 成形方案2

        圖6 立柱左右圍板尺寸

        4 立柱焊接方法

        為了防止和控制立柱在焊接過程中的扭曲變形,在兩塊圍板中間和兩端各加入2塊筋板,筋扳尺寸如圖7所示,將4塊筋板交錯固定在左右圍板上,然后將左右圍板扣合。同時,為了保證和減少立柱焊接后產(chǎn)生的撓度變形,需采用合理的焊接方法和焊接工藝措施,將焊接變形降低到最低水平。

        為了保證焊縫質(zhì)量和焊接穩(wěn)定性,中間部位的2塊筋板和兩端的2塊筋板均采用手工富氬氣體保護(hù)焊(20%CO2+80%Ar)進(jìn)行焊接,上下部位主焊縫采用焊接小車加富氬氣體保護(hù)焊進(jìn)行自動化焊接。

        中間部位的2塊筋板采用交錯焊接:只對定位鑲?cè)雵宀糠謱?shí)施焊接,且左圍板和右圍板各焊接1塊筋板;兩端的2塊筋板也采用交錯焊接,內(nèi)部焊接要求與中間部位2塊筋板的焊接要求相同。

        圖7 立柱筋板

        中間筋板鑲?cè)雵宀糠趾蛢啥私畎鍍?nèi)部焊接完成后將左圍板和右圍板扣合,將上下部位主焊縫定位焊,同時將兩端筋板外部與圍板的焊縫定位焊,立柱上下部位主焊縫焊接完成后,焊接立柱兩端筋板與圍板的外側(cè)焊縫,同時對立柱上下焊縫內(nèi)側(cè)裸露在外面的部位進(jìn)行補(bǔ)焊封底。

        定位焊、筋板焊縫、封底補(bǔ)焊的工藝參數(shù)與立柱上下主焊縫的焊接工藝相同。

        5 焊接工藝

        5.1 焊前準(zhǔn)備

        焊接環(huán)境溫度應(yīng)≥-10℃,否則不允許施焊。當(dāng)焊接環(huán)境溫度<0℃,但≥-10℃時,應(yīng)采取加熱或防護(hù)措施,應(yīng)確保接頭焊接處各方向≥2倍板厚且≥100mm范圍內(nèi)的母材溫度≥20℃或規(guī)定的最低預(yù)熱溫度二者的較高值,且在焊接過程中不應(yīng)低于此溫度。同時,焊接區(qū)域內(nèi)的風(fēng)速不得大于2m/s,如果超出上述范圍,應(yīng)適當(dāng)采取防風(fēng)措施,如使用擋風(fēng)板等,應(yīng)特別注意防止風(fēng)扇直吹焊接作業(yè)區(qū)域;焊接區(qū)域的相對濕度≤90%[4]。

        5.2 焊接參數(shù)的選擇

        (1)焊接材料 選用天津金橋集團(tuán)生產(chǎn)的JQ.TH550-NQ-Ⅱ氣體保護(hù)焊絲,φ1.2mm;保護(hù)氣體選用20%CO2+80%Ar富氬氣體。焊接材料化學(xué)成分見表3。

        表3 焊接材料化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) (%)

        (2)焊接參數(shù) 立柱上下部位主焊縫均為單層單道對接焊縫,母材開單V形坡口,焊接時先焊立柱上部主焊縫,焊接完成后趁熱翻轉(zhuǎn)立柱,接著焊接立柱下部主焊縫,焊接完成后再焊接其他焊縫,并對主焊縫兩端起弧、收弧部位進(jìn)行打磨修整。

        具體焊接參數(shù)見表4。

        表4 焊接參數(shù)

        5.3 焊后檢測與矯正

        焊接完成后,將工件放置24h,對上下部分主焊縫進(jìn)行表面磁粉檢測;檢測合格后根據(jù)圖樣要求,對部分直線度不符合要求的立柱進(jìn)行冷壓矯正修整。

        6 檢測

        6.1 外觀

        (1)目視檢測 焊接完成后,待立柱焊縫溫度降至室溫,對立柱焊縫進(jìn)行外觀檢測,焊縫表面紋理均勻,與母材連接處過渡平滑,未發(fā)現(xiàn)未焊滿、氣孔、咬邊等焊接缺陷,焊接外觀質(zhì)量等級達(dá)到一級標(biāo)準(zhǔn)[4]。

        (2)尺寸 采用多功能焊接檢驗(yàn)尺對焊縫尺寸進(jìn)行檢測,焊縫寬度約為8mm,余高為1.5mm,左右兩塊圍板焊接錯邊<0.5mm,質(zhì)量等級達(dá)到一、二級標(biāo)準(zhǔn)[4]。

        6.2 磁粉檢測

        焊接完成后,將立柱放置24h后,對其上下主焊縫進(jìn)行磁粉檢測,未發(fā)現(xiàn)裂紋和氣孔等焊接缺陷。

        7 結(jié)束語

        1)采用合理的焊接結(jié)構(gòu)和焊接順序可以有效地保證焊接質(zhì)量,使焊接變形處于公差范圍之內(nèi)。

        2)采用單V形坡口,可以在保證焊接質(zhì)量的同時,盡可能地降低焊接填充金屬,降低焊接熱輸入,有效地減小了焊接變形。

        3)立柱采取“對半折彎、兩次焊接”的成形方法合理可靠,焊接實(shí)施易于操作,焊接質(zhì)量穩(wěn)定,符合實(shí)際生產(chǎn)要求。

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