端部底架枕梁焊接工藝及質量控制

李吉海 孫雪菲 高常龍

中車四方車輛有限公司 山東青島 266000

斯里蘭卡客車，在底架枕梁組成的焊接施工過程中，由于底架枕梁結構復雜，焊接量大，極易出現焊接變形、焊縫中存在未熔合、氣孔超標等質量問題。枕梁是由多個零部件組焊而成，如果枕梁的空間內部出現焊接缺陷將很難進行返修，如果多次返工不合格，將使整個枕梁報廢，所以要求枕梁的各條焊縫一次焊接合格，需要采取合適的焊接工藝措施保證底架枕梁結構的幾何尺寸、焊接及外觀質量[1]。

1 產生缺陷的原因及解決措施

1.1 枕梁焊接變形

由于枕梁組焊過程中熱輸入量較大，所以焊接收縮量較大，因此，可以從下料之初就對焊接進行提前控制，根據焊接后的變形量從下料加工對單件尺寸進行控制，但是單件的橫向尺寸、縱向尺寸經過放量又容易導致整體裝配尺寸出現偏差，極端情況下甚至會導致不能安裝的情況。因此在實際操作過程中，上、下蓋板、腹板的尺寸放量必須經過精細計算，以防止出現難以裝配的情況。為了有效避免焊接造成的變形情況，對腹板與筋板、筋板與筋板的焊縫，進行電弧焊，焊接時要在縱向中心線兩側進行對稱焊接，焊接中要通過旋轉轉胎臺面，使每到焊縫均在PB狀態進行焊接。而在具體焊接過程中，枕梁腹板與下蓋板焊縫間隙可以控制在0-1mm，焊接間隙通過焊接工裝夾具進行控制，除了保持焊縫間隙的準確外，還要保證工件焊接過程中平穩、可靠。焊接工裝夾具夾緊力要足夠，以有效對抗焊接過程中的焊接變形，滿足整個結構的尺寸符合設計要求[2]。

在枕梁單件進行組焊裝配過程中，采用了反變形和工藝梁支撐對焊接變形進行進一步控制，根據下料單件尺寸，首先確定工件一側在焊接工裝上的尺寸，接下來根據圖紙要求確定筋板位置，這樣就確定了筋板的左右定位尺寸，并在筋板兩個側面加上工藝支撐，工藝支撐應盡量與筋板尺寸相近，以最大限度減少焊接過程中的收縮變形。枕梁結構進行整體定位后，在焊縫中間位置放置2mm厚的反變形塊，接下來操作整個工裝的定位壓緊裝置，確保各個部位完全壓緊。焊接時，由于單個方向焊接更易導致焊接變形，因此采用兩名焊工在兩側同時對稱焊接。

通過對單件進行工藝放量和對較大焊接部件預制反變形控制及對稱焊接等方法，焊接變形得到了很好的抑制，經過測量，整體表面平直度有效控制在了1-3mm，完全符合圖紙的平面度要求。經過此次實踐，充分證實了采用上述三種工藝改善方法，枕梁的平面度相比于改善前取得了很大的提高，并降低了后續的調修，整個車體底架枕梁的焊接制造水平取得了長足的進步。

1.2 焊縫未熔合

由于焊工操作方法不當使得焊接速度不穩定、停留時間不足、焊槍角度不正確及焊縫區表面存在氧化膜或銹皮等原因，枕梁上、下蓋板與腹板焊縫在切割取樣后發現，多層焊縫層間極易出現未熔合的現象。除此以外，焊縫根部咬邊等缺陷也對焊接質量產生了極大的影響。

焊縫未熔合及咬邊主要由以下幾方面原因造成：①焊接速度不穩定、停留時間不足、焊槍角度不正確等，焊縫區表面存在氧化膜或銹皮也有一定的關系。②操作人員不能精確掌握焊接參數，此外焊接設備使用的熟練度也有待提高，特別是進行焊接作業時，不同焊接接頭的熔滴受重力影響難以對熔覆過程進行準確把握。③焊接過程中應適當進行焊條擺動，以促使焊縫得到有效填充，但是實際操作過程中，出現了擺動幅度偏小的情況，造成了焊縫未熔合的現象發生。④部分焊縫由于只能在平焊位置（PA）進行焊接，而受限于工裝設備，并不能對該方向進行調整，這就導致在焊接圓弧位置時只能調整手中焊槍的運行軌跡和角度后進行焊接，因此圓弧部位的焊縫出現了焊接不均勻的問題，由此而引發未熔合現象[3]。

解決措施：在圓弧處焊接時減慢焊接速度、增加熔池邊緣的停留時間并改變焊槍角度使電弧力推動金屬流動，減小電弧擺動以減小焊接熔池。同時養成良好的焊接操作習慣，在焊接之前清理全部坡口面和焊縫區表面上的軋制氧化皮和雜質，做到表面清理及時。工藝上，確保層間焊縫、打底焊縫得到了充分的打磨，并對焊接車間的溫度、濕度及風速進行嚴格管控，對焊工進行培訓，確保焊接過程中焊條擺動合理，這樣一次探傷合格率由之前的90%提升到了97.5%。

1.3 調修

焊接工藝的改進及焊接技能的提升有效減少了各種焊接缺陷的發生，除此以外，枕梁的整體變形情況得到了很大的改善。但是較大工件的焊接變形及后續裝配仍不可忽視。為了進一步提高枕梁焊接平面度，提高枕梁的整體尺寸精度及質量，需要采用焊后調修的方式對枕梁進行進一步的處理。

調修的首要工作是確定調修部位，其次是確定調修量，因此在枕梁焊接完成后，采用水平尺對枕梁的上下表面進行檢測，對需要調修的部位進行標記，并確定調修量。由于枕梁尺寸大，材料厚，因此大變形的部位在調修的過程中并不能單純使用火焰或者機械調修的方式進行調修作業。針對發生小變形的部位，采用火焰加熱的方式，使加熱溫度控制在600-700°C以內進行調修。針對發生大變形的部位，調修選擇機械調修與火焰調修混合的方式。經過調修厚，枕梁寬度方向的變形量應控制在≤3mm/3m，這樣才能確保車體的枕梁與底架可以按照圖紙裝配要求進行組裝。

通過實施以上調修方案，枕梁上下表面的平面度誤差控制在3mm/3m以內，為枕梁尺寸精度和平面度提供了保障[4]。

2 結語

斯里蘭卡端部底架枕梁組焊采用了上述的組裝工藝和焊接工藝，大部件的焊接變形以及焊縫缺陷得到了有效控制。同時降低了焊接人員勞動時間，勞動強度和生產成本也得到了更好的控制。