焊接工藝對客車骨架T 形接頭強度的影響

雷煥華

銀隆新能源股份有限公司 廣東 珠海 519000

全承載式客車車身結構形式具備質量較輕、機械剛度水平較高,以及安全性技術性能表現狀態較好等優點,正在成為我國開展客車車身結構設計工作過程中的主流選擇。客車骨架結構作為全承載式客車主體重量的基本承載體,本身是在利用型鋼材料基礎上經由焊接加工過程而獲取的空間超靜定薄壁桿件技術結構形式,其在自身實際具備的機械強度參數與機械剛度參數方面,均嚴格滿足一定的技術規范要求。在全承載式客車骨架技術形式之中,通常存在和分布著數量眾多的接頭技術結構,并且其本身具備著復雜且多樣的基本結構形式,在具體的技術環境中極易形成和展示出局部高應力現象。在客車生產制造活動領域的實際化技術工況之中,受多種因素的共同影響制約,接頭技術結構之中極易出現斷裂技術缺陷,給客車產品在具體行駛過程中的安全性和穩定性造成嚴重不良影響。焊接工藝是客車產品骨架結構生產制造過程中應用的主要技術工藝類型之一,在實際開展的焊接加工技術活動過程中,焊接殘余應力參數與焊接殘余變形參數對接頭技術結構的實際性能表現狀態具備著直接且深刻的影響作用,在一定程度上直接且深刻地影響和制約著客車產品生產制造過程中的整體質量水平和安全性水平。有鑒于上述研究背景,本文將會圍繞焊接工藝對客車骨架T 形接頭強度的影響論題,展開簡要闡釋。

一、研究方案的制定與T 形接頭設置位置的選取

圖1 T 形接頭在客車車廂結構中的設置位置

在以某12.00m 全承載式客車產品車身結構作為基礎條件下,選擇其底部骨架結構之上3處具備較高機械應力水平的T 形接頭組件作為研究分析對象,針對T 形接頭組件在多種焊接操作順序,以及焊接電流參數設置狀態條件下實際發生的焊接變形現象展開全面系統的測量與梳理,繼而運用試驗過程中測定獲取的數據信息建立形成經歷變形技術過程中后的T 形接頭組件的有限元分析模型。借由針對T 形接頭技術組件端部位置施加反向位移,具體獲取其不同技術處理方案條件之下的焊接變形應力結果。針對實際選取的T 形接頭技術組件的局部位置選擇殼單元方法重新實施網格劃分處理,建構形成客車車身結構的整體性梁殼混合處理技術模型,繼而針對入選研究的T 形接頭技術組件在整車實際技術工況條件下的工作應力表現狀態展開全面系統的分析統計。在將焊接變形機械應力參數引入整車分析技術過程條件下,具體測算獲取T形接頭技術參數的實際應力水平數據。

本次研究中選取的3個T形接頭技術組件的空間分布位置如圖1所示,T形接頭技術組件的桿件截面位置尺寸參數均為40.00mmx40.00mm(其壁厚參數為2.00mm),其制備材料的型號參數為Q235。

二、焊接過程操作順序對T 形接頭組件機械強度參數的影響

圖2 固定點設置位置與測試點設置位置的圖示

選擇T 形接頭技術組件焊接生產加工過程中的技術操作順序作為本次試驗研究過程中的基礎變量,擇取與本次研究過程中涉及的T形接頭技術組件截面尺寸參數完全相同的方鋼材料組織開展具體化的焊接試驗技術過程。在實際開展的試驗技術環節中,4個固定點的位置設置方案與12個測試點的位置設置如圖2 所示,且各個固定點設置位置與中線交點設置位置之間的距離參數L1、L2、L3,以及L4的測定數值均為230.00mm；各個測試點設置位置與固定點設置位置所處的梁截面結構之間的距離參數L5、L7、L10、L12、L13,以及L15 的測定數值均為100.00mm,而其他測試點設置位置之間的相互距離參數L6、L8、L9、L11、L14,以及L16的測定數值均為100.00mm。

中線交點設置位置P 相對于主梁結構上固定點設置位置P1、固定點設置位置P3在空間Y 方向與空間Z方向上實際發生的機械變形現象分別為△Y1和△Z1；中線交點設置位置P相較固定點設置位置P2與固定點設置位置P4在空間X 方向與空間Z方向上發生的機械變形現象分別為△X2和△Z2。

為支持和助力試驗測量技術過程能夠便捷有序組織開展,應當在T 形接頭技術組件的基礎上增加安裝輔助梁技術組件。在實際開展的試驗技術活動過程中,要在完成針對翼梁結構的縫焊技術環節后,立即開展主梁結構殘余變形的測量分析,之后針對輔助梁技術結構實施點焊技術處理,并接續測量分析翼梁技術結構發生的殘余變形。

綜合考量分析客車產品骨架結構在焊接技術過程中發生的實際操作情況(要先完成設置在上方位置的3條焊縫結構,在經由整體翻轉處理之后,補充焊接設置在下方位置的1條焊縫結構),結合圖3中列示的的焊點編號信息,本項試驗設計并且運用了8種焊接技術操作順序方案,詳情參見表1。

表1 焊接技術操作順序的試驗方案

圖3 T 形接頭焊接點的編號方案

在實際化的試驗技術環節開展過程中,每組樣本的選取數量均為5個,且試驗技術過程中測定獲取的數據結果均為矢量數據,以坐標軸的正方向作為矢量數據測定獲取過程中的正方向。運用試驗測量結果與數據修正方式獲取到T 形接頭技術組件中線交點位置的平均變形值,參見表2。

表2 平均變形值測定數據結果分布(μm)

遵照圖3中列示的T 形接頭焊接點的編號方案,依次針對前文中列示的八種焊接操作順序設計方案開展坐標變換處理,可具體獲取到32種焊接操作順序設計方案,參見表3：

借由圖3中列示的數據信息,可以建構形成經由變形處理基礎之上的T 形接頭組件有限元分析技術模型,繼而在仿真計算處理基礎上,可以具體獲取到不同焊接操作順序技術方案運用背景之下的焊接變形應力測算數據結果分布。

表3 焊接操作順序操作方案分布

方案編號 1不同操作步2驟 下的焊接加3工 操作順序4 B4 P2→P1 P3→P2 P4→P1 P3→P4 C1 P2→P1 P1→P4 P2→P3 P3→P4 C2 P4→P3 P3→P2 P4→P1 P1→P2 C3 P3→P4 P4→P1 P3→P2 P2→P1 C4 P1→P2 P2→P3 P1→P4 P4→P3 D1 P2→P1 P4→P1 P3→P2 P3→P4 D2 P4→P3 P2→P3 P1→P4 P1→P2 D3 P3→P4 P1→P4 P2→P3 P2→P1 D4 P1→P2 P3→P2 P4→P1 P4→P3 E1 P1→P4 P2→P3 P1→P2 P4→P3 E2 P3→P2 P4→P1 P3→P4 P2→P1 E3 P4→P1 P3→P2 P4→P3 P1→P2 E4 P2→P3 P1→P4 P2→P1 P3→P4 F1 P4→P1 P3→P2 P1→P2 P4→P3 F2 P2→P3 P1→P4 P3→P4 P2→P1 F3 P1→P4 P2→P3 P4→P3 P2→P1 F4 P3→P2 P4→P1 P2→P3 P3→P4 G1 P1→P4 P2→P3 P2→P1 P3→P4 G2 P3→P2 P4→P1 P4→P3 P1→P2 G3 P4→P1 P3→P2 P3→P4 P2→P1 G4 P2→P3 P1→P4 P1→P2 P4→P3 H1 P4→P1 P3→P2 P2→P1 P3→P4 H2 P2→P3 P1→P4 P4→P3 P1→P2 H3 P1→P4 P2→P3 P3→P4 P2→P3 H4 P3→P2 P4→P1 P1→P2 P4→P3

結束語

圍繞焊接工藝對客車骨架T 形接頭強度的影響論題,本文結合具體的客車產品實例展開了簡要的闡釋分析,切實在客車產品骨架結構T 形接頭焊接加工生產過程中做好對焊接操作順序,以及焊接電流參數等技術化因素的控制干預工作,能有效規避焊接加工生產過程中變形應力要素與工作應力要素之間的相互疊加,繼而有效控制和降低接頭技術點位實際遭受的機械應力強度水平,繼而逐步改善提升車身骨架結構的整體化機械承載性能。