淺析對P70棚車頂棚焊接變形的控制

摘 要：本文主要介紹P70棚車車頂的焊接生產工藝，闡述在生產中采用的工藝方法和工藝措施，從而解決有關頂棚焊接變形量大的問題。

前言：

隨著國民經濟日新月異地發展，人民生活水平逐年提高，各種家電、食品，日用百貨等產品運量迅速增加，使得棚車的需求性增大。棚車具有可運輸貨物范圍廣，通用性強，利用率高等優點，我國目前運用鐵路貨車中，棚車占有15%的局面。棚車主要承擔各種免受日哂雨淋及風雨侵襲的貴重貨物，各種箱裝，袋裝貨物及糧谷等運輸任務，加上一些附屬設施后，還可運送人員和家畜等。為使貨物免受雨淋，作為棚車重要組成部分的部件-車頂的質量顯得尤其重要。

棚車車頂由2根側梁，21根彎梁，22塊頂板組成。P70型棚車頂棚總長16380mm，由于車頂的長度較長，而內部又沒有梁柱支撐，焊后會造成其撓度變小，影響整體組裝，且彎梁、頂板的厚度為2mm，屬薄板焊接，極易產生波浪變形，這也是在頂棚生產中有待解決的最大問題。

以前，頂棚生產采用的是CO2焊，這種焊接方法雖然其成本便宜，生產效率高，但存在飛濺量大、成形較差的缺點，易造成頂棚的撓度變形以及側梁的彎曲變形較大，增加了整車組裝時勞動強度，影響了其組裝質量，降低了生產率。在經過與分部有關技術人員的討論分析后，認為變形問題主要和焊接熱輸入、裝配順序、使用的工裝夾具、裝焊順序有關。下面介紹我在頂棚焊接生產過程中采用的工藝方法和措施。

一、采用富氬氣體保護焊進行焊接

富氬氣體保護焊具有焊縫成形均勻、美觀，飛濺量比CO2焊減少50%以上等特點，尤其適用于薄板焊接。P70頂棚的板材為05CuPCrNi（化學成分見表1），為耐候鋼。耐候鋼有良好耐大氣腐蝕性，具有優良的強韌性、延展性、可焊性等綜合性能，鋼板厚為2mm，其焊接屬于薄板焊接。根據板材的特性和富氬氣體保護焊焊接電弧的抗氧化性，我決定選用H08MnSiCrNiCu-Ⅱ的焊絲（化學成分見表2），焊絲中加入了適量的Si、Mn等脫氧元素，可降低電弧的氧化性。氣體的選擇80%Ar+20%CO2的富氬氣體，氣體流量的選擇為10-15L/min最為合適，流量過小會造成氣孔和成形不良的缺陷，流量過大則會產生不規則紊流保護效果反而變差。為了減少飛濺，保持電弧的穩定，電源極性選擇直流反接。

二、采用胎膜+工裝夾具進行裝配

頂棚胎膜由側梁定位模塊、彎梁定位模塊、龍門液壓缸、夾緊油缸、夾緊絲桿等幾部分組成。龍門液壓缸、夾緊油缸、夾緊絲桿將側梁、彎梁、頂板固定、壓緊在胎膜上，起到保證尺寸、剛性固定作用。由于胎模已預先對放置側梁的位置做了反變形，再通過夾緊油缸、絲桿夾緊裝置將側梁固定在胎模上，這樣焊接時側梁產生的波浪變形、撓度就能得到有效控制。除此之外，在彎梁定位模塊上加墊紫銅板可以起到加快散熱、減少變形的作用。

頂棚的組裝過程見圖1：

三、焊接順序

在焊接過程中，始終遵循 “先中后邊”、“先短后長”的焊接順序施焊，從而達到減小變形的目的。先焊彎梁與頂板，后焊邊梁與頂板。采用“分中分段退焊法” 進行焊接。在頂棚裝配過程的同時同步完成定位焊工作，然后再進行整體焊接。

1、彎梁與頂板的焊接：

為了防止頂棚撓度的收縮變形，在焊接彎梁的時候，應首先考慮到焊接的順序，由于頂棚彎梁有一定長度，而且其結構為對稱結構，故采用對稱焊接，從中間向兩端焊接變形最小，四個焊工同時施焊進一步減小變形，見圖2。我在生產中一般采用左向焊法，電弧指在彎梁與頂板中間位置（在無卷邊情況下做直線往返擺動，有卷邊情況下就需要采用斜鋸齒擺動），由于彎梁、頂板是薄板，為避免焊穿，焊槍角度應稍稍傾斜，達到40-45°，見圖3。這樣噴嘴不會影響焊接視線，能清楚的看到熔池和焊縫，便于控制焊縫成形，熔池受電弧的沖擊力小，能得到較大的熔寬，焊縫趨于平整，成形比較美觀，所以建議在焊接過程中大量使用。

2、頂板與側梁的焊接

頂板與側梁的焊縫是通長的直焊縫，長度達到了16米多，所以采用“分中分段退焊法”。焊接順序如圖4，退焊長度一般為兩彎梁之間的長度。在焊接過程中，電弧指在側梁與頂板中間位置，焊槍角度為40°（在無卷邊情況下做直線往返擺動，有卷邊情況下就需要采用斜鋸齒擺動），見圖5 。在整個焊接過程中，由于引弧與熄弧比較頻繁，這樣操作不當時，就很容易產生焊接缺陷。因此，引弧前需把焊絲干伸出長度調整到位，如果焊絲端部有球形氧化層，應當剪掉。在焊縫起頭處后方3-5mm引燃電弧，然后迅速移至焊縫端部，當電弧穩定燃燒后，還要掌握好焊接速度，避免開始端出現熔化不良和焊肉過高的情況。熄弧時，熔池未填滿凝固前不能將焊槍抬起，以免影響對尾部熔池的保護。

四、注意事項

在選定好工藝參數后，還必須注意以下幾點：

1、焊前應先檢查氣瓶中氣體的余量、流量，焊絲的選用是否正確，板材上預涂底漆的厚度是否均勻（過厚會引起氣孔、焊縫中斷等缺陷），是否有毛刺、卷邊等問題，預涂底漆過厚時需在焊縫周圍20mm的區域進行打磨。

2、焊接過程中如果有因薄板在加工過程中出現的卷邊而造成的焊縫不能壓緊的情況時，我們可以使用木錘或橡膠錘敲擊，避免使用鐵錘，以防止造成板材表面損傷。

3、焊接過程中特別注意焊槍角度、電弧所指的位置、擺動手法的影響，以免將焊縫焊穿。此外，還應該控制好焊接速度，在一定的焊絲直徑、焊接電流和電弧電壓下，熔寬與熔深都隨著焊接速度的增加而減小。如果焊接速度過快，容易產生咬邊和未熔合等缺陷，同時保護效果變壞，可能會出現氣孔；如果焊接速度過低時，不但會產生熔池下陷或燒穿等缺陷，還會增加焊接變形，降低生產率。

4、焊后要打磨接頭、清理飛濺以獲得均勻、美觀的焊縫成形。

五、總結

以上便是我在焊接P70頂棚時采用的工藝方法和措施，由于選擇了合適的焊接方法，配合了合理的工裝胎模、夾具，以及適當的工藝參數和操作手法，使得頂棚的焊接變形比以前的焊后產品的變形要小得多，需要矯正的工作量減少，大大降低了勞動強度，在獲得成形美觀、機械性能優良的焊縫，同時降低了成本，提高了生產效率。

參考文獻：

①《P70頂棚作業指導書》

②《焊接手冊》機械工業出版社

③《焊接工藝理論與技術》機械工業出版社

作者簡介：

姓名：王婷（1982.06-27）；性別：女，籍貫：河南省臨潁縣，學歷：大專，畢業于武漢大學；現有職稱：高級技師；研究方向：焊接；