轨道探伤车车体底架枕梁焊接防变形工艺分析

轨道探伤车车体底架枕梁焊接防变形工
艺分析
摘要：枕梁是机车车体承载部件，是机车车体的关键部件，对焊接质
量要求高，对尺寸精度要求严。

由于枕梁结构复杂，焊接量大，焊接时会产生焊
接变形，焊接变形不但影响结构外形尺寸，改变结构形状，而且加大焊接后的加
工难度！本文分析了枕梁结构及其焊接变形的原因，提出了针对性的防焊接变形
措施，通过优化焊接工艺和顺序，从而解决了枕梁因焊接而产生焊接残余变形的
突出问题，保证了枕梁的焊接质量。

关键词:枕梁；背靠背；刚性固定；平面度；变形
前言
随着中国城镇化率不断提高，人口向城市流动，造成主城区人口骤增，城市规模急剧扩大，尤其是北京、上海、深圳等大型或超大型城市，交通出行压
力越来越大，城市轨道交通的建设需求不断增加。

由于轨道车辆运行速度、密度
等不断提升，造成钢轨磨损的程度和速度越来越严重，从而出现事故的概率也不
断增加。

各大轨道交通集团对于钢轨探伤工作越来越迫切需求。

钢轨探伤车能够
对钢轨进行快速有效的诊断，对伤轨、断轨可有效甄别，保证轨道线路安全、有
效运行。

车体底架是轨道车辆最重要的部件之一，是基本构件。

是整个车体的骨架，枕梁是车体重要承重部件，是搭建车体重量、牵引力，传递连接到转向架重
要零配，是车体与转向架连接形成机车的桥梁，并传递各方向的力。

枕梁是向转
向架传递垂向力、纵向力及横向力的主要构件，承受压力、扭力、冲击载荷和疲
劳载荷等，它的质量优劣直接影响到车辆的正常运行，同时还起到定位转向架位
置的重要作用。

目前，钢结构焊接制造已相当成熟，且焊接工艺在自动化、智能
化的研究上有了很大提出了不同的焊接工艺。

但是当前焊接变形一直困扰着产品
质量和制造周期！所以采用那些措施和工艺，解决和减少焊接变形，是重中之重
难题！
一、枕梁结构
枕梁上有旁承弹簧座，安装旁承后落到转向架上，是整个车体重量集中点。

它中间中心牵引座，安装中心销后又将牵引力传导到转向架上！所以说枕梁，起到了承上启下受力的重要部件！同时又要和边梁、牵引梁连接形成框架，不但要承受重力同时还承受机车牵引力！因此对枕梁不但要求一定强度和刚度，对枕梁平面度要求非常高，枕梁整套平面度要求＜2mm。

枕梁是有两块上下盖板，两块立板，诸多横向纵向筋板拼装组对而成。

所以内部结构复杂，筋板错综交错。

焊缝数量多，焊接量大！复杂的，焊接量大的结构形式，对焊接要求非常的高，焊后变形大！焊接变形不但改变了结构形位公差，还降低了结构力学性能。

焊后为了达到设计尺寸，要进行变形矫正！由于枕梁独特结构，矫正时必须要用到火焰和机械矫正，矫正不但费时费力还降低了结构强度和韧性，降低结构使用寿命！
图1 转向架结构图
二、焊接变形的原因分析
焊接是对焊件进行局部加热冷却的过程，不均匀的加热是产生焊接残余变形的原因。

焊接时焊缝和焊缝附近受热区的金属发生膨胀，由于四周较冷的金属阻止这种膨胀，在焊接区域内就发生压缩应力和塑性收缩变形，产生了不同程度的横向和纵向收缩。

由于这两个方向的收缩，造成了焊接结构的各种变形。

影响焊接结构变形的因素主要有：
（一）焊缝截面积的影响
焊缝截面积是指熔合线范围内的金属面积，焊缝面积越大，冷却时收缩引起
的塑性变形量越大。

（二）焊接热输入的影响
一般情况下，热输入大时，加热的高温区范围大，冷却速度慢，使接头塑性
变形区增大，不论对纵向、横向或角变形都有变形增大的影响。

但在表面堆焊时，当热输入增大到一定程度时，由于整个板厚温度趋近，因而即使热输入继续增大，角变形不再增大，反而有所下降。

（三）工件的预热、层间温度影响
预热温度和层间温度越高，相当于热输入增大，使冷却速度减慢，收缩变形
增大。

（四）焊接方法的影响
在建筑钢结构焊接常用的几种方法中，除电渣焊以外，埋弧焊热输入较大，
在其他条件如焊缝面积等相同情况下，收缩变形较大。

手工电弧焊热输入居中，
收缩变形比埋弧焊小。

CO2气体保护焊热输入较小，收缩变形响应也较小。

（五）焊缝位置对变形的影响
由于焊缝位置在结构中不对称，焊缝位置不对称等将引起各种变形。

（六）结构的刚性对焊接变形的影响
结构的刚性大小，主要取决于结构的形状和其截面大小，刚性较小的结构，
焊接变形大；刚性大的结构，焊后变形较小。

（七）装配和焊接规范对焊接变形的影响
由于采取的装配方法不同，对结构的变形也有影响。

整体装配完再进行焊接，其变形一般小于边装配边焊接。

图2 角变形与热输入的关系
三、针对焊接变形的工艺措施
针对上述的枕梁焊接变形的原因，本文提出了“背靠背刚性固定焊接法”，具体工艺措施如下：
每个车体底架都有两个结构形状一样的枕梁。

将两个枕梁按设计图纸，以底板为基准，划线并将筋板组装，按要求点焊到一起。

图3 车体底架枕梁
将两块点焊后的枕梁，背靠背贴合一起，再用10×10×30mm钢板作为连接块，在枕梁底板上，间隔300mm一个，焊上连接块。

让两个枕梁形成一个对称结构。

对每一个枕梁都形成一个刚性固定过程，在焊接时可以抵消因焊接的热输入引起的残余变形！
图4 焊上钢板连接块
在一面开始对枕梁内部筋板进行焊接，焊接时采用先中间向两边焊，让焊接热量向两边分散，降低焊接温度，温度降低可以减少一部分变形。

然后再根据先焊短焊缝再焊长焊缝，先焊横缝再焊纵焊缝的焊接原则，进行焊接。

这样可以起到，下一道焊缝对上一道焊缝变形的抵消！
图5 逆向分段退焊法
将一面枕梁所有的横焊缝，按先中间向两边焊接完后，将枕梁翻转180度，用同样先中间向两边工艺，焊接横焊缝。

两面横焊缝完后，再开始先中间向两边焊接纵焊缝。

这样可以让焊接热量向两边扩散，从而减少焊接残余应力。

一面的纵焊缝，焊完后再翻转焊接另一面的纵焊缝！待所有焊缝都焊完后，再将两块枕梁上盖板，按尺寸要求点焊安装上。

然后上焊接机器人，按对称原则焊接枕梁上、下盖板的外部四条主焊缝。

待枕梁全部冷却后，再从中间向两边，将焊在两个枕梁底板上，固定连接的连接块祛除。

将两个枕梁分开。

然后打磨修整后，上检验平台按质量标准，进行测量检测，待检测合格后交付下工序。

四、结论
采用“背靠背刚性固定焊接法”焊后的枕梁，不需要采用任何调校，上平台检查，平面度＜2mm，各个尺寸都达到设计要求，合格率100%。

参考文献
[1] 张建勋.现代焊接生产与管理，机械工业出版社.
[2] 段斌，马德志.现代焊接工程手册，基础卷，化学工业出版社
[3] 中国机械工程学会焊接学会.焊接结构设计手册，机械工业出版社。