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        底架組焊的邊梁上拱變形控制和矯正方法

        2023-10-28 02:40:46梁濤黃劍肖輝
        金屬加工(熱加工) 2023年10期
        關(guān)鍵詞:組焊邊梁底架

        梁濤,黃劍,肖輝

        中車株洲電力機(jī)車有限公司 湖南株洲 412000

        1 序言

        底架是城軌鋁合金車體的重要大部件,結(jié)構(gòu)如圖1所示。由圖1可知,其結(jié)構(gòu)一般由端梁、邊梁、端部結(jié)構(gòu)、長(短)地板、蓋板及附件組成。底架作為車體工序其他部件組裝的裝配基準(zhǔn),對整車的寬度、長度、撓度、客室門對角線差值、車體截面對角線差值等專檢項點(diǎn)有直接影響,因此生產(chǎn)中對其外形尺寸和幾何公差值有嚴(yán)格的要求。

        圖1 底價結(jié)構(gòu)示意

        2 底架組焊后的上拱變形

        如圖2所示,在底架交檢過程中,發(fā)現(xiàn)枕梁(端部結(jié)構(gòu)上的部件)位置處的邊梁和長地板存在上拱變形問題,此處平面度超過<5mm的技術(shù)要求。

        圖2 上拱變形問題

        如圖3所示,底架吊入車體總組焊臺位后,枕梁位置的邊梁(對應(yīng)車體的1、4號客室門位置)與設(shè)置了車體撓度的支撐墩有>12mm的間隙,在車體組焊臺位的液壓拉緊裝置的作用下,邊梁下表面與邊梁支撐墩仍無法貼緊。

        圖3 底架吊入車體總組焊臺位

        3 上拱變形對車體組焊的影響

        通過對產(chǎn)品問題的追溯和分析,發(fā)現(xiàn)上述變形如果不在底架工序解決,在車體工序強(qiáng)行裝配后,因為底架的內(nèi)應(yīng)力釋放會導(dǎo)致車體組焊后產(chǎn)生以下質(zhì)量問題。

        1)當(dāng)?shù)准苓吜号c車體總組焊臺位的邊梁支撐墩上表面間隙>8mm時,會引起客室門的對角線差值(技術(shù)要求≤5mm)超差(見圖4a)。

        圖4 車體尺寸測量位置

        2)當(dāng)?shù)准茏笥覂蓚?cè)的邊梁上拱值相差超過4mm時,會引起車體的截面對角線差值(技術(shù)要求≤5mm)超差(見圖4b)。

        4 上拱變形問題的原因分析

        邊梁上拱變形區(qū)域的結(jié)構(gòu)及焊縫如圖5所示。由圖5可看出,枕梁位于長地板下部,長地板蓋在枕梁上,且兩側(cè)與邊梁搭接,其結(jié)構(gòu)導(dǎo)致底架邊梁截面(枕梁位置處)的上下焊縫(即枕梁與邊梁對接、邊梁與長地板的連接焊縫)分布不均勻,靠近邊梁下表面的焊縫遠(yuǎn)多于上表面。

        圖5 邊梁上拱變形區(qū)域的結(jié)構(gòu)及焊縫

        主要焊縫的焊接參數(shù)見表1。

        表1 主要焊縫的焊接參數(shù)

        由表1可知,這些分布不均勻的焊縫對邊梁此處截面的熱輸入量也不同,邊梁下表面獲得的熱輸入量也遠(yuǎn)多于邊梁上表面。

        正是上述原因,導(dǎo)致底架邊梁的上下表面在焊接過程中受熱不均勻,冷卻后的底架邊梁下表面收縮比上表面多,所以最終引起邊梁此處向上拱起,如圖6所示。從圖6可看出,底架組焊后枕梁位置無法與水平支撐墩貼緊,有局部的上拱變形。

        圖6 底架邊梁上拱變形

        5 解決上拱變形的工藝措施

        5.1 反變形法

        反變形法是生產(chǎn)中預(yù)防焊接變形的常用方法,即在焊前設(shè)置一個與焊后變形方向相反的預(yù)變形,使焊后達(dá)到理想狀態(tài)[1]。底架組焊時邊梁的反變形設(shè)置如圖7所示,反變形設(shè)置參數(shù)見表2。

        表2 底架組焊工裝反變形設(shè)置參數(shù) (mm)

        圖7 底架組焊反變形設(shè)置

        (1)底架正面組焊 由于邊梁焊后變形較大,因此將枕梁至端梁處設(shè)置成上翹狀態(tài),反變形量為端梁位置的邊梁下表面至基準(zhǔn)面相差25mm。

        (2)底架反面組焊 當(dāng)?shù)准芊疵娉蠒r,在枕梁位置新增A、B兩組支撐墩,將邊梁(枕梁位置)此處向上頂起,反變形量為邊梁下表面至基準(zhǔn)面相差15mm。

        (3)邊梁壓臂扭力值設(shè)置 標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)是反變形法實施是否有效的關(guān)鍵。將扭力值規(guī)定為200N·m,使用扭力扳手?jǐn)Q緊壓臂,保證每次反變形作業(yè)時對邊梁施加壓緊力的一致性和有效性(見圖8)。

        圖8 按規(guī)定扭力值擰緊壓臂

        5.2 火焰矯正法

        在標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)生產(chǎn)情況下,通過反變形法就能有效地解決邊梁的上拱變形問題,但在批量生產(chǎn)過程中,會因為各種因素的影響,出現(xiàn)不合格現(xiàn)象,此時可以采用火焰矯正的方法來返修產(chǎn)品。此位置有一定的特殊性,首先,鋁合金與鋼的材料物理性能存在很大不同,加熱時要考慮減少對焊縫質(zhì)量的影響。其次,因邊梁是內(nèi)腔帶有加強(qiáng)筋的剛性很強(qiáng)的中空擠壓型材,故對其進(jìn)行火焰矯正時,在加熱溫度和冷卻方法上與鋼材的火焰矯正有差異。

        (1)設(shè)備和工藝參數(shù) 對底架組焊后的邊梁進(jìn)行火焰矯正,所需的設(shè)備和工藝參數(shù)見表3。

        表3 火焰矯正所需的設(shè)備和工藝參數(shù)

        (2)加熱位置 選擇正確的矯正位置是火焰矯正能否有效的關(guān)鍵。加熱位置處于底架1號門和4號門邊梁的上表面及小部分側(cè)面,加熱長度比底架邊梁與枕梁、抗側(cè)滾的對接焊縫長度稍長(起點(diǎn)和終點(diǎn)各向外延伸100~150mm),如圖9所示。

        圖9 火焰矯正加熱位置示意

        (3)加熱技巧 鋁合金熱導(dǎo)率高,要取得良好的火焰矯正效果,要先保證加熱區(qū)域與周邊未加熱區(qū)域形成較大的溫差。因此,加熱時烤槍火焰要調(diào)至最大,并使用中性焰,焰心距工件2~4mm,烤嘴與工件的角度為80°~90°,此時,火焰的利用率最高,熱量最集中[2]。

        (4)輔助措施 因為底架組焊后的結(jié)構(gòu)剛度很高,如果僅靠母材加熱后的收縮應(yīng)力去矯正變形,效果會很不理想。如圖10所示,在長地板靠近邊梁位置處壓2t重塊(每個重塊重1t),使邊梁預(yù)先產(chǎn)生一定的向下彎曲變形趨勢,然后再進(jìn)行火焰矯正,會取得良好的效果。

        圖10 上拱變形的火焰矯正

        (5)注意事項 作業(yè)過程中要嚴(yán)格控制加熱溫度和返工次數(shù)(不超過2次),避免對母材性能造成影響。

        6 產(chǎn)生的效益

        采用以上工藝措施,底架的平面度一次交檢合格率得到顯著提升,取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益(見表4)。

        表4 效益核算

        7 結(jié)束語

        底架枕梁位置的焊后上拱變形是因產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的焊縫分布不均勻而造成的。在標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)下,通過反變形法就能有效控制焊接變形,如果問題已經(jīng)產(chǎn)生,使用火焰矯正法也能使產(chǎn)品返修合格。

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