廖陽

（中車齊齊哈爾車輛有限公司，黑龍江 齊齊哈爾161002）

T33特種鐵路平車箱形中梁焊接工藝分析及應(yīng)用

廖陽

（中車齊齊哈爾車輛有限公司，黑龍江 齊齊哈爾161002）

結(jié)合生產(chǎn)實際，根據(jù)T33特種平車的箱形中梁的結(jié)構(gòu)特點，對焊接過程中所遇到的一些焊接工藝難點進行分析，制定相應(yīng)的焊接工藝方案，有效地保證了產(chǎn)品質(zhì)量。

箱形中梁；厚板焊接；焊接變形

中梁是車輛最主要的承重部件，中梁制造質(zhì)量直接影響到底架乃至整個平車的運用性能。特別是對于運輸特種裝備的專用平車，由于其車體長，載重大，且載荷分布不均勻，受力情況復(fù)雜，采用型鋼中梁不能滿足其承載能力及剛度要求。T33型特種平車由于其用途的特殊性，采用了帶配重的魚腹式箱形結(jié)構(gòu)中梁，并且其上下蓋板以及左右腹板都屬于厚板焊接，厚板焊接由于熱輸入量較大，極易產(chǎn)生焊接變形。為此本文圍繞T33型特種平車箱形中梁如何防止焊接變形及其保證焊接質(zhì)量進行分析。

1　基礎(chǔ)分析

1.1中梁結(jié)構(gòu)組成

T33型專用平車所采用的箱形中梁主要由中梁上蓋板、中梁下蓋板、中梁腹板、隔板、擋板、中梁配重、枕梁下蓋板（中）、上心盤、前從板座、后從板座等幾部分組成，如圖1所示。

圖1　T33型特種平車箱形中梁結(jié)構(gòu)簡圖

1.2組裝工藝流程

T33型特種平車箱形中梁組裝工藝流程具體為：中梁上下蓋板、腹板拼接及調(diào)平→畫線鉆腹板從板座底孔→腹板、隔板與下蓋板組對→下蓋板與隔板焊接→腹板與下蓋板間內(nèi)側(cè)角焊縫焊接→中梁一次翻焊→組裝配重鐵（提前稱重）→中梁上蓋板組對→腹板與上下蓋板外側(cè)角焊縫焊接→中梁矯正→下補強板組焊→心盤孔鉆孔→組裝上心盤→前后從板座孔擴孔、拉鉚從板→中梁交驗。

2　組焊工藝分析

2.1腹板及上下蓋板拼接

腹板及上下蓋板拼接焊縫處應(yīng)避開底架各梁，焊縫表面磨平。焊縫按GB/T11345-2013《焊縫無損檢測超聲檢測技術(shù)檢測等級和評定》進行探傷檢測，等級須達到B級。按照GB/T29712-2013《焊縫無損檢測超聲檢測驗收等級》進行驗收，等級須達2級。焊縫表面用磁粉探傷，不得存在裂紋等缺陷。

中梁腹板是由五塊厚度為16 mm的Q450NQRI板材拼接而成，并且采用開單面坡口焊接。

中梁上蓋板采用20 mm厚的Q345E型板材進行拼接，坡口形式為X型雙面坡口。在拼接前需預(yù)制2°～3°的反變形，以保證焊后平整度。焊后打磨時應(yīng)垂直于焊縫縱向進行打磨。

中梁下蓋板厚度為40 mm，屬于大厚板件拼接，拼接前預(yù)制合理的反變形，焊接過程中需要控制焊接熱輸出量，保證焊后下蓋板接口處平面度。中梁下蓋板開坡口方式與上蓋板一致，均采用開X型坡口多層焊接，焊接過程中要防止扭曲。

2.2腹板與隔板、下蓋板定位組裝

在下蓋板與臺型固定好后，先在下蓋板上劃出腹板外側(cè)定位，畫出下蓋板中心線并在下蓋板上畫出隔板位置，然后確定隔板橫縱向位置以及垂直度后將隔板與下蓋板進行阻焊。完成隔板組焊之后將兩腹板中心線與下蓋板中心線對應(yīng)，通過卡蘭按照事先畫好的線進行腹板與下蓋板的組焊。

2.3上蓋板與腹板組焊及矯正

將上蓋板放在腹板上，使其中心與腹板中心對齊，然后用千斤頂做成的壓緊裝置將上蓋板和腹板壓緊然后進行焊接。

2.4工藝難點及解決方案

2.4.1工藝難點

結(jié)合實際生產(chǎn)過程中所遇到的困難，在工藝方面的主要難點有以下兩個方面：

（1）T33型特種平車中梁組成全長24 180 mm，長度較大，主要組成部件中梁腹板厚度16 mm、中梁上蓋板厚度20 mm、中梁下蓋板厚度40 mm，下蓋板拼接屬于厚板拼接，焊接量較大，控制焊接變形極其困難。

（2）組焊腹板與上下蓋板時，由于腹板帶有單側(cè)破口，焊接深度大，要保證焊接后腹板與上下蓋板的垂直度難度較大。

2.4.2解決方案

由于中梁下蓋板有40 mm厚，拼接時焊道深度單側(cè)可達15 mm，每次焊接可焊4 mm深，因此拼接下蓋板時需采用多次焊接的方法。首先將需要拼接的兩塊下蓋板預(yù)制5 mm的反變形，兩拼接板之間留出3 mm縫隙，然后再下蓋板兩側(cè)增加引弧板和收弧板，然后將焊道附近進行預(yù)熱，達到要求后，接下來進行第一次焊接，焊接完成后用砂輪將飛濺清理掉并將焊道磨平，然后再進行第二次焊接，清理飛濺，磨平。再重復(fù)上述操作兩次，當(dāng)焊道厚度達到12 mm左右后將其翻轉(zhuǎn)，此時會發(fā)現(xiàn)拼接板已經(jīng)發(fā)生反方向變形，接下來進行另一側(cè)的焊接，所產(chǎn)生變形如同之前的反變形。在另一側(cè)焊接之前先要用砂輪進行打磨，然后進行焊接，該側(cè)焊接三次后將其翻轉(zhuǎn)焊接另一側(cè)，然后再翻轉(zhuǎn)重復(fù)焊接兩次后翻轉(zhuǎn)焊接。

2.5中梁組焊焊接變形控制

在中梁組焊過程中會產(chǎn)生幾種整體焊接變形［1］，分別為沿中梁長度方向的縱向收縮變形，沿水平方向的橫向彎曲變形以及沿豎直方向的垂直彎曲變形。除此之外還有一些局部變形例如上蓋板側(cè)邊下垂等。

圖2為中梁魚腹處橫截面（配重與中梁間無焊縫，故省略），從圖中標(biāo)注出中梁的主要焊縫。

圖2　箱形中梁主要焊縫分布（魚腹處截面）

2.5.1縱向收縮變形

導(dǎo)致中梁長度縱向收縮的主要原因有兩點：（1）上下蓋板及腹板拼接時，組對間隙導(dǎo)致的焊接收縮量變化，在一定范圍內(nèi)拼接組對間隙越大則焊后收縮量也越大，若無間隙，則焊后收縮量在2 mm～4 mm之間；（2）中梁組對時縱向長焊縫導(dǎo)致的收縮變形，例如腹板與上、下蓋板間的通長角焊縫（圖3中的焊縫1、3、4）。除以上兩點外，一些橫向的焊縫產(chǎn)生的橫向收縮也對縱向長度變化稍有影響。

一般來講，防止縱向收縮造成的尺寸誤差的方法就是腹板及上下蓋板工藝加長，保證中梁焊后長度，尺寸加長量根據(jù)縱向焊接收縮量以及拼接收縮量來確定。

2.5.2橫向彎曲變形

中梁焊縫相對于中梁截面中心線左右對稱，理論上不會引起中梁水平方向的彎曲，但對稱焊縫若不同時焊接，則會由于焊接先后而改變中梁截面重心位置以及焊縫相對于截面中心的對稱性，從而造成水平方向的彎曲變形。

為防止水平方向的彎曲，中梁對稱焊縫盡量同時對稱施焊，不能同時施焊時則采用逆向分段焊來矯正。

2.5.3垂直彎曲變形

T33型特種平車所采用的箱形中梁在魚腹處配有6塊重近兩噸的配重，這十一噸左右的配重會給予中梁垂直方向向下的變形趨勢，也就是會減小撓度。另一方面，魚腹式箱形中梁下部的焊縫要多于上部焊縫，由圖2可以明顯看出，焊縫3、4、5位于中梁橫斷面中心的下方，會引起中梁垂直方向向上的變形，焊縫1位于中梁橫斷面中心的上方，會引起中梁垂直方向向下的變形，而焊縫2和焊縫6造成垂直變形的效果相對于上面幾條縱向長焊縫來講可以忽略不計。

可以通過選擇合適的焊接順序和焊接方法來控制彎曲方向和數(shù)值。中梁裝配焊接遵循先內(nèi)后外原則，在增加內(nèi)部剛度的情況下使得焊接變形減到最小。中梁內(nèi)部施焊順序為先焊隔板與下蓋板間橫焊縫（焊縫5）；然后將中梁側(cè)傾放倒，焊接隔板與腹板間焊縫（焊縫2），這樣便將兩腹板連成一個整體，提高剛度，抑制焊縫4引起的焊接變形；最后將中梁回正焊接腹板與下蓋板間焊縫（焊縫4）。中梁外部施焊順序為先焊腹板與下蓋板間外側(cè)焊縫（焊縫3），要同時對稱施焊；在放入配重并焊接好擋板將配重固定以后，組對點固上蓋板；將中梁翻轉(zhuǎn)180°，同時對稱焊接上蓋板與腹板之間的焊縫（焊縫1）。

按照技術(shù)要求，應(yīng)使中梁心盤中心間產(chǎn)生45 mm±5 mm上撓度，為防止裝上配重后配重對中梁產(chǎn)生的垂直下壓力降低中梁撓度，在裝配重之前可以將撓度頂至55 mm.

2.5.4局部變形

T33型特種平車上蓋板厚度20 mm，下蓋板厚度40 mm，由于下蓋板厚度較厚，不易焊接變形，所以影響中梁質(zhì)量的主要局部變形為腹板與上蓋板間焊縫引起的上蓋板邊緣下垂變形。為了防止這種變形的發(fā)生，目前采用的最有效的方式是中梁上蓋板下料時進行焊前反變形，即將上蓋板邊緣反向壓制微小上翹。上蓋板邊緣距腹板外側(cè)距離為58 mm±1 mm，預(yù)制反變形為2 mm～3 mm，由于在焊接完成后該類變形的調(diào)整難度非常大，所以要著重注意預(yù)制反變形時的精度。

3　焊接工藝參數(shù)確定

中梁制造過程中需要進行大量焊接，而焊接變形是生產(chǎn)過程中必須要解決的一大難題。在焊后進行火焰加熱矯正屬于次要手段，主要還是依靠制定合理的焊接方法及焊接參數(shù)以保證焊接變形盡可能小。

不同的鋼種焊接時需配合不同的焊接材料，本文研究的箱形中梁的下蓋板采用Q345E型鋼，上蓋板及腹板采用Q450NQRI型鋼，具體的焊接材料匹配情況見表1.

表1　接頭鋼材材質(zhì)與焊接材料匹配表

所有板材對接的焊縫接頭應(yīng)設(shè)置引弧板和收弧板。對接焊縫要保證焊縫兩側(cè)邊緣各覆蓋母材2 mm～4 mm，焊縫余高要控制不高于3 mm.對接焊縫除打底和蓋面層以外，允許用風(fēng)鏟擊打焊縫以釋放應(yīng)力，但擊打時應(yīng)避免將高壓風(fēng)中的油和水帶入焊接區(qū)。焊接時工作場地的溫度不應(yīng)低于5℃.

中梁上蓋板及中梁腹板拼接時，按照表1所示，采用直徑1.2 mm的TH550-NQ-II焊絲，保護氣體為80%CO2+20%Ar，焊接電流240 A～280 A，焊接電壓26 V～30 V.焊接層間溫度控制在100℃～200℃，每層焊縫厚度為3 mm～4 mm.

中梁下蓋板拼接采用直徑1.2 mm的SM-70焊絲，保護氣體為80%CO2+20%Ar，焊接電流240 A ～280 A，焊接電壓26 V～30 V.由于下蓋板厚度較大，在焊前需預(yù)制4°～5°的反變形，焊接層間溫度控制在100℃～200℃，每層焊縫厚度為3 mm～4 mm，每條焊縫大約為5～7層。

中梁組焊時，當(dāng)焊接腹板與下蓋板間焊縫時（圖2中焊縫3、4）焊接參數(shù)與下蓋板拼接時所采用參數(shù)一致；當(dāng)焊接上蓋板與腹板間焊縫時（圖2中焊縫1）焊接參數(shù)與上蓋板及中梁腹板拼接時采用的參數(shù)一致。

4　結(jié)束語

通過對焊接反變形的研究和選擇合理的焊接方法與相應(yīng)的焊接參數(shù)，實際生產(chǎn)出的T33型特種平車箱形中梁各項指標(biāo)符合均技術(shù)要求。文中的研究可為同類型其他產(chǎn)品借鑒。

［1］李全勝.鐵路貨車箱型中梁制造工藝［J］.機車車輛工藝，2009，（2）：27-28.

TheApplicationandSnalysisofEeldingProcessofTypeT33SpecialFlatWagonBoxCenterSill

LIAO Yang
（Qigihar Zhongche Vehicle Co.，Ltd.，Qigihar Heilongjiang 161002，China）

In this paper，according to the characteristics of the type T33 special flat wagon box center sill，in the process of welding encountered some welding difficulties are analyzed formulate a corresponding welding process，which can effectively guarantee the product quality.

box center sill；thick plate welding；welding deformation

U273

A

1672-545X（2016）07-0125-03

2016-04-05

廖陽（1984-），男，遼寧沈陽人，學(xué)士，工程師，從事鐵路車輛工藝研究管理工作。