一种机车底梁组焊工艺简介

一种机车底梁组焊工艺简介
摘要：本文根据A型机车底梁结构的设计特点，对底梁组焊过程中的工
艺难点进行分析，并提出相应的工艺规范，使底梁焊后质量符合技术要求，并对
类似结构产品的组焊生产提供了借鉴和参考。

关键词：底梁组焊工艺变形控制焊后矫正
1 引言
该机车车体钢结构在设计上采用底架承载结构，底架中两根箱形变截面鱼腹
形底梁是主要的承载部件，因此控制底梁焊后变形及矫正是制造此类车体钢结构
的关键。

由于鱼腹形底梁组焊困难，工艺也相对复杂。

因此，有必要对底梁的组
焊工艺技术进行深入研究和探讨。

2.底梁结构
底梁由上盖板、下盖板、左右腹板、16块隔板、筋板和4个上旁承座等组成，上、下盖板都较厚，为20mm，腹板设计为16mm，底梁总长度17478mm。

上盖板为
平面结构，下盖板是压型成鱼腹件，其压型的角度和形状与腹板相配合。

3.底梁组焊工艺分析
部件的组焊工艺过程主要分为：组对-焊接-焊后矫正三个阶段。

其中的任何
一个环节都会对产品的质量产生重要影响，这就需要我们在编制工艺时认真分析
和研究，选择最佳的工艺方案，以保证生产过程中产品的焊接质量。

底梁组焊工
艺主要有以下几个方面的难点：
（1）底梁的组焊应设有专用工装，利用工装的刚性固定，减少焊接变形；
工装在设计上需要考虑到利用反变形解决挠度问题。

（2）焊角尺寸大，拼接板厚多在16mm至20mm之间，角焊缝的焊角为6mm
至12mm。

而且腹板与上、下盖板间的角焊缝要求坡口全焊透，焊接热输入量大，
底梁产生的焊接变形亦大。

（3）底梁具有较大的强度、刚度和外形尺寸，组焊成形后进行机械矫正的
难度很大，用火焰矫正也要看变形的方式，对于扭曲等变形矫正难度也很大。

3.1底梁的装配顺序
1.将下盖板放在平台上垫好，划好纵横中心线及隔板的组焊位置，组装腹板
和隔板。

2.焊接底梁内腔各焊缝的顺序是：先焊腹板与下盖板内侧水平焊道，采用4
人同时从中心向两侧逆向分段施焊；其次焊接各隔板与下盖板的水平焊道；再焊
接各隔板与腹板间焊道，将底梁翻倒，使腹板处于水平位置，从里向外焊接隔板
与腹板间角焊缝，为防止一次焊完各隔板与一侧腹板间角焊缝，再焊另一侧时造
成底梁旁弯的问题，采用跳焊法减少先后焊缝的熔敷量差来控制焊接变形减小底
梁旁弯。

3.将下盖板朝上，组对旁承，焊接外侧焊缝。

4.将底梁放正，组装底梁上盖板，腹板上两边有坡口的，应将底梁放平（腹
板水平），焊接腹板与盖板间的单面坡口焊缝。

为减小变形，应以中心位置往两
边分段退焊。

翻转底梁，焊接另一侧的腹板与上、下盖板间的单面坡口焊缝。

5.将底梁立放（上盖板在上），焊接两侧腹板与下盖板的两条纵向角焊缝。

4人同时从中心向两侧对称施焊。

6.翻转底梁立放（下盖板在上），焊接两侧腹板与上盖板的两条纵向角焊缝。

4人同时从中心向两侧对称施焊。

7.将组对好的底梁固定在焊接机器人的焊接胎上，完成腹板与上下盖板间焊
缝的焊接。

3. 2焊接产生纵向收缩的工艺分析及措施
根据焊缝纵向收缩的计算公式：ΔL＝RF H L/F
ΔL——纵向收缩变形量/mm；
F H ——焊缝熔敷金属的横截面积/mm2；
F——构件横截面积/mm2；
L ——构件长度/mm；
R ——系数，与焊接方法有关的系数，手弧焊取0.052，CO2气体保护焊取0.043。

焊缝的纵向收缩量与焊接方法、焊缝尺寸和焊件的长度成正比，与焊件的横
截面积成反比。

由于底梁长度长，各焊缝的焊角大，因此焊后的收缩量就需要在
下料时提前预留出来，经计算和经验值得出，18米长的此类箱形梁下料需留出收
缩量至少9mm。

3.3焊后变形的工艺分析及控制措施
由于底梁是变截面结构，焊缝分布偏向底梁下盖板，各条焊缝引起的挠度方
向和大小不同：⑴上盖板与腹板间的两条外侧角焊缝收缩引起下挠度；⑵下盖板
与腹板间角焊缝收缩引起上挠；⑶隔板与下盖板间焊缝的横向收缩引起上挠；⑷
隔板与底梁腹板焊接产生的横向收缩也将引起上挠。

底梁是封闭的箱型结构，须
先将底梁下盖板与底梁腹板及隔板组焊，最后组焊上盖板，即在组焊上盖板之前，底梁下盖板与底梁腹板及隔板已经形成箱形结构，结构刚性加大，所以焊接上盖
板与腹板之间的焊缝所引起的下挠度将很小。

底梁由于焊接变形引起的挠曲主要
由底梁下盖板与底梁腹板和隔板间焊缝的纵向、横向收缩变形所引起，挠度按理
论和经验值得出应在8-18mm之间，能够保证底架的最终挠度要求。

从底梁的断面形状及焊缝的分布位置来看，焊缝相对抗弯截面惯性矩左右对称，如果采用合理的装配、焊接顺序、焊接方法和参数，就可以控制底梁的扭曲
和旁弯。

4焊后调修与矫正
在焊接结构生产中，虽然在组对时会尽一切努力来防止焊接变形的产生，但是总免不了会在一些结构中要出现焊接变形，有的甚至还很严重。

因此，对焊后残余变形的矫正成为一种必不可少的工艺措施。

由于焊接而引起的边梁变形主要有旁弯与扭曲两大类，在实际生产中，焊后需调修矫正的也往往是这两种变形。

图4所示为底梁旁弯变形的矫正。

由于焊接不当，底梁出现了旁弯，矫正的办法是在盖板的凸起处进行带状的线状加热，如旁弯值较大时，可施加外力，这样在冷却后，由于加热处金属产生纵向收缩，旁弯得到了矫正。

外力
加热区域（主要变形区域）加热区域（主要变形区域）
图4 底梁旁弯变形的矫正
先把工件倒放在矫正胎架上，因下盖板刚性较大，在使用火焰矫正时需要外力协助，先用千斤顶顶住A端一角和B端对角，再将底梁用拉紧螺栓固定在胎架上，然后在底梁下盖板进行加热。

加热宽度为30～40毫米，加热温度和速度根据扭曲程度的不同而适当掌握。

当变形较大时，需升高加热温度，可采用二把烧枪同时进行，不能过烧，以免烧伤母材。

一般火焰矫正的温度在650～850 ℃之间，加热后千斤顶随温度下降而上顶，若这样加热后仍有些扭曲，则可再重复一次。

但加热位置应尽可能不与上次重合，直到底梁冷却后，尺寸符合要求，即可停止。

5结论
以上总体论述了机车底梁装配组焊及焊后变形矫正的工艺全过程，通过制定与实施上述工艺过程，可以有效保证类似机车底架底梁的组焊质量，满足了后续底架装配要求，同时为同类产品的组焊提供了参考和借鉴。

参考文献：
1、《焊接工程师手册》陈祝年，北京机械工业出版社，2002年。

2、徐初雄机械工业出版社《焊接工艺500问》北京 2002
3、《焊接工艺人员手册》俞尚知，上海科技出版社，1991年。

4、中国机械工程学会焊接学会《焊接手册第一卷焊接方法及设备》 1992
5、《焊接工艺学[M]》王绍林，中国劳动出版社，1987年。