动车组制造工艺4

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直流三类等。
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第四章 动车组车体装配焊接工艺
① 点焊
点焊时,板件3由铜合金 电极2压紧后通电加热,至工 件内部形成应有尺寸的熔化 核心4为止,切断电流,核心 冷却凝固后去除压力。核心 周围的塑性变形区称为塑性 环,可隔绝周围气氛对核心 熔化金属的侵袭,并可防止 飞溅。
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第四章 动车组车体装配焊接工艺
对焊包括:电阻对焊,闪光对焊,交流电阻焊,脉 冲焊(包括电容贮能和直流脉冲等)。
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第四章 动车组车体装配焊接工艺
例如:电阻对焊 将零件置于钳口(即电极)中夹紧,并使两零件端面压
紧,然后通电加热;当零件端面及附近金属加热到一定温 度时,突然增大压力进行顶锻,两零件便在同态下形成牢 固的对接接头。
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第四章 动车组车体装配焊接工艺
3. 弯曲变形:如牵引梁,钢骨架等
牵引梁弯曲变形
侧立柱上凸和旁弯
车顶端板波浪变形
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第四章 动车组车体装配焊接工艺
(二)防止和减小车体结构焊接变形的措施 1. 防止尺寸误差,下料时放长或放宽尺寸:
(1) 材料的线膨胀系数。线膨胀系数大的材料,焊后收 缩量也大。不锈钢和铝合金的线膨胀系数比低碳钢 大。所以焊接变形也比低碳钢大。
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第四章 动车组车体装配焊接工艺
(2)电阻焊的优点
(1) 电阻焊冶金过程简单,热影响区小,变形小,易于 获得质量较好的焊接接头。
(2) 与铆接结构相比,重量轻、结构简化,易于得到形 状复杂的零件。
(3) 电阻焊因机械化、自动化程度高,可提高生产率, 改善工作条件。与手工铆接相比,采用点焊可节省 工时5/6以上,与成组压铆相比也可节省一半的工时。
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第四章 动车组车体装配焊接工艺
(1)钨极氩弧焊的优点
① 焊丝端部及熔池受到氩气保护,使其不与空气中的氧和 氮等气体反应,氩气既不与金属起化学作用,也不熔解 于金属中,使焊接冶金反应变得简单和容易控制;
② 热量集中,焊件的热影响区狭窄,焊接变形小;
③ 接头形式不受限制,并可省略焊后清理熔渣等工序;
• 不同板宽、不同钢板对接 时的弯曲变形,弯曲方向 与宽板一致
• 角变形 V型坡口:2°~3° X型坡口相对较小
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第四章 动车组车体装配焊接工艺
2. 丁字梁焊接时的变形 • 纵向收缩 • 角变形 • 弯曲变形 • 横向收缩
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第四章 动车组车体装配焊接工艺
• 丁字粱等细长杆件结构的纵向收缩量为:
AB和A’B’区域金属完全处于弹性状 态内应力与应变成正比
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第四章 动车组车体装配焊接工艺
板条恢复到原来室温后,
板条中间区域的长度将比原来 A’
A
有所缩短,由于截面要保持平
面,该区域收缩受到两侧金属
的限制,出现了新的应力和变
形:
板条中间受拉两侧受压,
焊接后的应力
板条端面的位移就是残余变形。
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第四章 动车组车体装配焊接工艺
2. 平面假设
在焊接速度较快, 材料导热性差的情况下, 在焊接温度场的后部, 还有一个相当长的区域 纵向的温度梯度较小, 仍可用平面假设。
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第四章 动车组车体装配焊接工艺
3. 焊接应力和变形分析
设一低碳钢平板条, 沿其中心线焊接一条纵向 焊缝,在焊接过程中出现 一个温度场。在接近热源 处取一横截面,该截面上 的温度如图所示。
② 缝焊
缝焊用滚盘 代替电极,通常 把一个个焊点相 互重叠起来,形 成类似连续点焊 的焊缝。
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第四章 动车组车体装配焊接工艺
• 按滚盘转动与馈电方式分为:
– 连续缝焊(滚盘连续滚动,电流连续接通); – 断续缝焊(滚盘连续滚动,电流间歇接通); – 步进式缝焊(滚盘滚动与通电均为间歇式,电流在滚盘不动时
④ 由于交流氩弧焊时产生的“阴极破碎”作用,可以较彻 底地清除掉焊件表面的氧化膜;
⑤ 电弧燃烧稳定,焊缝成形美观、光滑,焊接接头质量优
良。
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第四章 动车组车体装配焊接工艺
(2)钨极氩弧焊的应用 主要用于重要结构的焊接,如飞机制造、原
子能、化工及纺织等工程中。它适于焊接1~20 mm厚的焊件。
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第四章 动车组车体装配焊接工艺
压应力 拉应力
焊接时的应力
加热板条的温度为T,自由变形为εT 板条的伸长量为εe D’D区域内出现塑性变形,屈服极限 可视为零,不产生应力
D’C’和DC区域屈服极限从零迅速上 升到室温时的数值,应力也逐渐增 加
CB和C’B’区域应力为室温时的屈服 极限,其值保持不变
输入)。
• 按供电方向或一次成缝特点也可分为:
– 单面缝焊; – 双面缝焊; – 单缝缝焊; – 双缝缝焊等。
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第四章 动车组车体装配焊接工艺
③ 对焊
对焊是电阻焊的另一大类,在造船、汽车及一般 机械工业中占有重要地位,如船用锚链、汽车曲轴、 飞机上操纵用拉杆、发动机中各种安装边等焊接中都 有应用。
l - 段焊缝长度(mm)。
双面焊时,横向收缩量大致是单面焊时的2倍。
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第四章 动车组车体装配焊接工艺
• 丁字梁的角变形
是指图(c)和(d)两种角变形的综合结果,其大小 与板厚、是否开坡口、焊缝截面形状,以及焊接方法等 因素有关。可通过估算或实测获得。
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第四章 动车组车体装配焊接工艺
材料制造,采用的焊接方法主要有:
– CO2气体保护焊 – 电阻焊 – 熔化极氩弧焊(MIG焊) – 钨极氩弧焊(TIG焊)
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第四章 动车组车体装配焊接工艺
1. 电阻焊
• 电阻焊又称接触焊,属压焊范畴。它是将准备连接的 工件置于两电极之间加压,并对焊接处通以电流,利 用工件电阻产生的热量加热并形成局部熔化(或达到塑 性状态),断电后,在压力继续作用下,形成牢固接头。
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3. 工字梁焊Biblioteka Baidu时的变形 • 纵向收缩 • 垂直方向弯曲 • 水平方向弯曲
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第四章 动车组车体装配焊接工艺
如下图所示: 工字梁的所有焊缝都对称地分布于 水平轴的上、下,为什么会产生垂直方向的弯曲呢?
这是因为工字梁的焊接次序 有先后而破坏了其对称性, 随着焊缝的增加,梁的刚度 也在增加。显然先焊的焊缝 产生的变形大,后焊的焊缝 产生的变形小,最终形成了 弯曲变形。
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第四章 动车组车体装配焊接工艺
3. 薄板焊接时波浪变形
• 如果焊缝区外的焊接压应力超 过板材的临界应力,使薄板局 部失稳而隆起形成波浪变形
• 板厚在8 ~10mm 以上时,一 般不会出现波浪变形
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第四章 动车组车体装配焊接工艺
三、车体结构焊接变形及防止措施
(一)车体钢结构焊接变形分析 1. 波浪变形和弯曲变形占90%,角变形和尺寸误差 占10% 2. 波浪变形分布 车顶板:20%, 侧墙板:68%, 端墙板:12%
• 用细焊丝焊接时,由铝丝表面带入溶池的氧化膜及 表面吸附水等杂质的数量要高于粗丝焊,因此容易 产生气孔。
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第四章 动车组车体装配焊接工艺
3. 钨极氩弧焊(TIG焊)
钨极氩弧焊是钨极气体保护焊(TIG)的一种。它是在 氩气保护层下,以燃烧于非熔化电极(钨极)与焊件间的电 弧作为热源,熔化铝合金填充焊丝及基体金属而实现焊接 的一种方法。
与手工钨极氩弧焊(TIG)相比,效率提高3~4倍, 并随着焊件厚度的增大,生产率明显提高。 • 广泛应用于中厚度和大厚度铝合金板材的焊接。例 如,焊接30mm厚的铝板可不必预热,只焊正、反两 层即可获得表面光滑、质量优良的焊缝。
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第四章 动车组车体装配焊接工艺
• 焊缝的气孔敏感性较大,这与焊丝直径有显著的关 系。为此,常选用粗焊丝及较大的焊接电流。焊丝 直径越粗,焊丝的比表面积(单位长度的焊缝中熔化 焊丝的表面积与其体积之比)就越小;反之,越大。
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第四章 动车组车体装配焊接工艺
第二节 车体结构的焊接变形
一、焊接应力和变形分析 1. 焊接过程有其特殊性
① 焊接时的温度变化范围大,在焊缝上最高温度可达 到材料的沸点,而离开热源温度急剧下降直至室温;
② 焊接时由于温度变化范围大可能出现相变,相变结 果将引起许多物理和力学参数的变化;
③ 焊接温度场的分布复杂。
• 板条不均匀的局部加热和冷却是焊接残余应力和变形 产生的根本原因。
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第四章 动车组车体装配焊接工艺
二、常见焊接结构的残余变形 1. 板材对接时的变形
• 纵向和横向变形 纵向收缩:0.15~0.3mm/m 横向收缩: V型坡口:0.1δ+0.6 X型坡口:0.1δ+0.4
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第四章 动车组车体装配焊接工艺
• 固相焊接:按加热的方法不同分为:电阻点、缝焊, 电阻对焊,冷压焊、超声波焊、爆炸焊、锻焊、扩散 焊等。
• 钎焊:是利用某些熔点低于被连接构件材料熔点的熔 化金属(钎料)作为连接的媒介物在连接界面上的流 散浸润作用,然后冷却结晶形成结合面的方法。
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第四章 动车组车体装配焊接工艺
二、车体制造中常用焊接方法 车体通常采用耐候钢、不锈钢和铝合金等
第四章 动车组车体装配焊接工艺
第一节 焊接方法及设备
一、焊接方法及其分类 1. 焊接:是指通过适当的物理化学过程使二个分
离的固态物体产生原子(或分子)间结合力而连 接成一体的连接方法。 2. 焊接可分为熔化焊、固相焊接和钎焊三大类:
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第四章 动车组车体装配焊接工艺
• 熔化焊接:按照热源形式不同分为:电弧焊,气焊, 铝热焊,电渣焊,电子束焊、激光焊等。
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第四章 动车组车体装配焊接工艺
(4) 表面质量较好,易于保证气密。采用点焊或缝焊装配, 可获得较好的表面质量,避免表面金属的损伤。使用 点、缝焊比铆接易于保证气密性。
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第四章 动车组车体装配焊接工艺
(3)电阻焊的应用
电阻焊适用于薄板的搭接和型材的对接,在航 空、汽车、地铁车辆、锅炉、自行车、量具刃具以 及无线电器件等工业领域中都得到了广泛应用。
l纵
k1FH F
L
式中 FH-焊缝截面积(mm2); F -杆件截面积(mm2);
L -杆件长度(mm);
k1 -系数。
双面角焊缝丁字粱的纵向收缩量由单面角焊缝 的纵向收缩量乘以系数1.15~1.40
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第四章 动车组车体装配焊接工艺
• 丁字梁弯曲变形的挠度 f 的估算公式为:
f k1FH eL2 8I
如国外某些铝制高速地铁车辆的制造,每台车 辆约有10000个焊点,一辆轿车至少有5000个焊点。 电阻焊还可用于客车侧墙板与侧立柱的连接,底架 侧梁等纵向梁的拼接等。
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第四章 动车组车体装配焊接工艺
2. 熔化极氩弧焊(MIG焊)
熔化极氩弧焊特点(4): • 电弧功率大,热量集中,热影响区小,生产率高。
式中 e -焊缝到杆件中性轴的距离(mm); I -焊件截面惯性矩(mm4)。
对于双面角焊缝结构,则再乘系数1.15~ 1.40。
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第四章 动车组车体装配焊接工艺
• 角焊缝横向收缩估算公式:
连续单面角焊缝:l横
K
间断单面角焊缝:l横
K
t l
式中 K - 焊角尺寸(mm);
δ - 翼、腹板中较薄者的厚度(mm); t - 断续焊缝中心距(mm);
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第四章 动车组车体装配焊接工艺
4. 结论:
• 板条焊接时,在温度超过600℃的焊缝区域产生了压缩 塑性变形,焊接后,板条焊缝区域的长度将比原来有 所缩短,根据平面假设,此时,板条焊缝区域受有拉 应力,远离焊缝区域受有压应力,形成一个新的平衡 应力系统,同时,板条在几何尺寸上也发生了变化, 于是,板条产生了焊接残余应力和残余变形。
(2) 焊缝的纵向收缩随焊缝长度的增加而增加。 (3) 焊缝的横向收缩则随焊缝宽度的增加而增加。如前
所述,一条焊缝的横向收缩量约相当于2~4m长焊 缝的纵向收缩量,所以焊缝的横向收缩不可忽视。
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第四章 动车组车体装配焊接工艺
2. 防止弯曲变形
(1)结构设计方面 • 结构和焊缝位置对称 • 减小焊缝数量、断面尺寸和 长度 • 尽可能采用整体压型结构以 减少焊缝数量
• 电阻焊有两个最显著的特点:一是利用电流通过焊接 区的电阻产生的热量进行加热;二是在压力作用下, 通电加热、冷却,形成接头。
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第四章 动车组车体装配焊接工艺
(1)电阻焊的分类 • 按接头形式分为搭接电阻焊和对接电阻焊两种; • 根据工艺方法可分为点焊、缝焊以及对焊等; • 按电流或能量的种类大致可分为交流,脉冲及
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