%a2对车体钢结构影响的分析及工艺改进

能缩短，故钢板 l、3 受到压应力，从而导致钢板整体
用假定的曲线代替实际曲线，因为实际焊接时， 缩短，如图 （2 c）。
焊缝温度很高，金属已经熔化，在温度达到 600C 时 不会产生任何内应力（如图 l）。
通过上述分析可知，平板钢结构在焊接过程中， 如焊件处于局部高温加热状态之下，加热部分和不 加热部分在焊接过程中及终止时不同的热膨胀伸长
行在不稳定区、非指令开停、机械故障、电气故障、有
图 1 多级机站模块化测控系统示意图
害气体浓度超标等危险情况时，自动报警并记录和
2.1 通风系统运行动态显示
显示故障类型及发生时间、地点、提醒值班人员前往
应用 Genie 的 画 笔、动 态 显 示、抢 先 多 任 务 功 处理。
能，将各级机站各台风机开停状态、主要通风井巷风 流方向，CO、NO2 浓度，风机风量、风压、电流、功率、 温升等通风系统有关参数，描述成各种层次的画面 及综合性的通风系统动态立体模拟图，便于管理人
2.6 模块设定 利用 Genie 中 的 ADAM 驱 动 软 件，完 成 所 有
ADAM 测控模块的程序设定工作，包括驱动程序安 装、配置和功能设定、校验校核等。
员一目了然地监控整个通风系统和各级站风机开停 和运行情况。 2.2 风机运行控制
应用 Genie 的 ON—OFF 控制功能和 VB 脚本编 辑器，确定风机开停运行时间和顺序。能够随时通
然后先焊对称焊缝，下部各缝，再焊上部各缝。
2003 年第 2 期
河南冶金
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表 1 定位焊的参数
时，常出现枕梁倾斜、端梁倾斜、横梁倾斜和挠度不
焊件厚度 / mm
<5 5 ~ 12 > 12
焊缝长度 / mm
5 ~ 10 10 ~ 20 15 ~ 30
焊缝间距 / mm
50 ~ 100 100 ~ 200 100 ~ 300
图 4 冷却后应力图和弯曲变形示意图
2.4 其它影响焊接变形的因素 l）工件刚度的影响。工件的刚度越大，变形越
小，但因为内约束力大，故产生的内应力大。 2）焊接规范的影响。随着工件的宽度、厚度的
增加，内约束力也增加，焊接变形越小。 3 焊接工艺的改进 3.l 控制焊接变形的方法
在了解了焊接变形的规律之后，在实际工作中 要充分 利 用 其 特 性。 采 用 以 下 方 法 来 控 制 焊 接 变 形。
! 联系人：郜拥军，助理工程师，河南 . 安阳（455004），安阳钢铁股份有限公司运输部； 收稿日期：2003—l—20
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河南冶金
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拉应力，另一侧受压力，内部产生压应力（如图 3）。
形方向和变形量，并在焊接过程中加以控制，就能在 很大程 度 上 控 制 弯 曲 变 形。 为 了 保 证 两 心 盘 间 有 25 ~ 30mm 的上挠度，中梁在组装时，根据工作条件 和原材料等因素的影响，采用如图 5 所示的结构。
图 3 受热时弯曲变形
2）钢板在冷却过程中，如果各纤维可以单独收 缩，则压缩变形能保留下来，但实际上同焊接温度很 高，横截面由原来的 OO*平面变到 II*平面。平板最 后的变形如图 4 所示，原高温部分即焊接区（l43I 区域）和另一侧（2I* O*形成的三角区）均受拉应力， 平板中部分压应力，变形和应力如图 4 所示。
4）采用合理的焊接方法和顺序来减小变形。 3.2 中梁的焊接工艺的确定
实验证明，焊接变形不仅与焊接过程有关，而且 很大程度取决于结构设计，车体钢结构产生弯曲变 形的原因，主要是焊缝在结构上分布不对称引起的。 其中为了弥补焊接后中梁槽钢尺寸的纵向缩短，根 据经验下料增长中梁的长度，其增长量为中梁长度 的 0 . 6% 。因此，在结构设计上，应尽量选用对称截 面的结构和对称位置的焊缝，在焊接前正确估计变
量和冷却收缩量，互相制约，最终导致焊件产生沿焊
缝方向的纵向和横向收缩。
2.3 分析弯曲变形产生的原因
车体在实际焊接过程中，焊缝在钢板一侧的现
象更为普遍，所以用板边堆焊来分析弯曲变形和应
图 l 低碳钢屈服极限与温度的关系
力产生的规律。
2.2 平板在焊接和冷却过程中产生的变形和应力
l）钢板受热时，如果钢板内部各个纤维是相互
在车体焊接过程中，平板焊接占绝大比例，故先 自由的，则应伸长。但钢板是个整体，板边在受热过
分析平板焊接时的变形和内应力。如图 2 所示。把 程中的伸长受到其它部分的限制。焊接温度很高，
一块长 L 的钢板假设分成三部分，如图 （2 a）。
金属熔化，焊缝区不会产生应力，靠近板边的部分受
假定三部分彼此无关。焊接钢板 2，钢板 2 受 热而伸长。变形的总势趋是加热板边伸长，内部受
l 问题的提出
冶金铁路货车车体钢结构主要由型钢、板材和
冲压件组成的大型焊接结构体，焊接是它的最主要
连接形式。焊接工作量约占总工时的 50% 。特别
是在车体焊接中，经常是焊接后产生变形。影响了
车体及各部件的配合精度和外形美观，而且还会影
响车辆的强度和承载能力。为了获得与图纸相符的
形状和尺寸，往往要花费大量的人力、物力和工时来
式中：K———为线膨胀系数； "T———为温度差。 在焊接过程中，钢板 2 因受热产生热膨胀而长度变 长，假如钢板 2 与钢板 l、3 相互处于自由状态，则钢
随着温度的变化而变化，为了有利于研究焊接变形 板 2 可以自由伸长，此时全长应为 L + "L，如图 2
产生的规律，作出几点假设。
（b）。但实际上钢板 l、2、3 是一体，钢板 2 的伸长受
应用 Genie 相应功能，实现以下测控内容和要求。
2.4 报表打印
应用 Genie 的数据采集功能，采用类似 EXCEL
的报表格式，可调用多种函数分析统计数据，很方便
地按照需求随时或定时打印所需要的数据，生成值
班报告、耗电量和节电量月报、年报等。
2.5 自动报警
应用 Genie 的报警功能模块，在检测到风机运
3 结束语 地下矿通风系统选用远程测控的 ADAM 模块，
布线简单的 RS—485 通讯网络，性能可靠的 IPC— 610 工控机，功能可大的 Genie 软件，以低成本，简单 的方式，较好的性能，组成了Байду номын сангаас灵活适应不同类型和
过键盘或鼠标控制任一台风机开停或正反转，也可 规模变化的多级机站模块化分布式集中测控管理系
底架是车体的基础，它是由较多的梁组成，且各 梁之间的联接主要是焊接。焊缝也是应力集中的部 位，是为了保证制作质量的要求，应把各梁作为单个 工艺部件来制造，然后再组装。考虑到平板车上平 面除了组装底板、防砸端头外，没有其它零部件，所 以采用正装法装配。即使底架的零部件下部尺寸受 到夹具的限制，从而保证底架和转向架等有关下部 构件的位置较为精确。
电流大小 /A
60 ~ 130 140 ~ 200 200 ~ 280
焊条直径 / mm
2 ~ 3.2 3.2~ 4
5
足等问题，特别是因为两条长焊缝集中在侧梁上，使 侧梁最 易 出 现 挠 度 不 足 的 问 题。 当 这 些 问 题 出 现 后，矫正方法也只能是机械矫正和火焰矫正两种。
如端梁的技术要求是同一端梁上平面距轨面高
底架上焊缝的分布，焊缝沿底架的长、宽中心线 是对称的，但对底架横截面的中心线是不对称的，并 且焊缝多集中于上部。总体看来，在焊接后，必然使 底架产生向下的挠度，考虑到底板与侧梁的两条纵 向长焊缝对挠度影响最大，所以放在最后。经过对 焊接变形的分析，总的焊接原则是，先采用定位焊确 定各部件的位置。定位焊的各种参数见表 l。
矫正变形。所以，研究车体钢结构在焊接过程中产
图 2 焊接变形图
生变形的规律，从而采取措施防止或减少焊接变形， 是重要课题。 2 钢结构焊接变形产生的原因 2.l 焊接变形和应力的工作假设定
在焊接过程中，金属材料的物理———机械性能
热膨胀，伸长量"L 与加热温度成正比，即： "L = K > "T > L
焊接顺序来控制中梁变形，使中梁在焊接完之后，基 本上一次达到图纸要求，节省了在制造后期大量矫 正变 形 的 工 时。 降 低 了 成 本。 底 架 在 采 用 老 工 艺
5 参考文献
［1］ 夏寅荪，陈世和等 . 车辆制造与修理工艺 . 北京：人民铁道出 版社，1995 .
［2］ 葛立美 . 国产铁路货车 . 北京：中国铁道出版社，1997 .
l）利用外约束力来控制焊接变形。即车体在刚 性固定的条件下进行焊接，这样相当于增加了内约 束力，但刚性越大，变形越小，内应力越大。
2）在外力的作用下焊接。即对焊件在焊接后产 生变形的方向施加相反的外作用力，从而达到减小 变形和应力。
3）利用反变形来控制焊接变形。即对焊接后产 生的变形在焊接前预先制定相反方向的变形。
先焊中梁截面中心线近的焊缝，最后焊离中梁截面 度差不大于 12mm，如果超限，则需采用火焰矫正，但
中心线远的焊缝，把对影响构件变形最大的焊缝放 在矫正过程中往往会造成金属材料组织的变化和氧
在最后焊，以减少矫正工作量。
化层的脱落，使材料变薄，降低了材料的机械性能和
4 改进后的效果 采用上述方法改进工艺后，经过试验，同原有旧
2003 年 4 月 第 ll 卷 第 2 期
河南冶金 HENAN METALLURGY
Apr. 2003 Vol. ll No. 2
焊接变形对车体钢结构影响的分析及工艺改进
!
郜拥军 王松昌 窦玉香 何成瑛 蔡国庆
（安阳钢铁股份有限公司）
摘要 分析了车体钢结构在焊接过程中变形对车体产生的不利因素，提出了一种合理的预防变形焊接工艺。 关键词 钢结构 焊接变形 工艺改进
结构承载能力。采用合理的装配方法和焊接工艺， 则可基本上解决上述问题。总而言之，合理的车体