焊接变形对铁路货车端梁与冲击座铆接间隙的影响

焊接变形对铁路货车端梁与冲击座铆接间隙的影响

王海,邱齐宇,葛云龙,郭玉宇 ,荀少宝,张华

中车齐齐哈尔车辆有限公司 黑龙江齐齐哈尔 161002

摘要：铁路货车是完成铁路货运任务的重要车辆，中梁作为底部的基础，是车辆最重要的部件之一，它负责传递全部牵引和冲击力，并通过上部中心板将副车架所携带的垂直载荷传递到转向架上。中梁以焊接为主，中梁的焊接质量将直接影响底盘的焊接质量，甚至整个车体的制造质量。本文主要分析了焊接变形对铁路货车端梁和冲击片之间铆钉间隙的影响。

1、分析原因

70吨铁路货运车辆的下部车体主要由中央梁、牵引梁、端梁、滚梁和侧梁制成，主要通过装配和焊接。牵引梁的材料为YQ450NQR1，端梁和侧梁的材料为Q355A。车身通过焊接和铆接连接。主要技术过程是装配、焊接和铆接。梁的末端和牵引梁的末端由熔焊焊接。端梁和牵引梁的端部之间的焊接过程中，由于急剧不平衡的加热和冷却，熔合线外热冲击区内梁的端部网膨胀，然后热冲击区内的焊接金属和梁端带在冷却过程中压缩。由于快速的局部加热冷却过程，焊接部热区外的基本材料抑制了膨胀和压缩变形，使梁的最终腹板变形。梁的端板侧面压缩的变形是主焊接变形，这使得冲击座与梁的端腹板之间的间隙在铆接后超过极限。影响焊缝变形的因素是焊缝部分的大小，即焊缝热的输入和焊缝收缩的根和变形力。整个工作部分和焊接结构的刚度是焊接过程中收缩的稳定性和变形状态。从以上分析可以看出，牵引梁末端的切割误差直接影响牵引梁末端与端梁腹板之间的装配间隙，这不仅是影响牵引梁与端梁腹板之间焊接缝截面尺寸的主要因素，也是直接影响端梁叶片焊接变形的因素。焊接参数(如焊接热输入)也是直接影响端梁焊接床变形的因素。(1)测量牵引梁的末端与端梁腹板之间的间隙对端梁与冲击片之间的耦合间隙的影响的过程:牵引梁与端梁腹板之间的间隙是使用探针传感器测量的，选择存在间隙的不同元素组并进行编号。在不改变焊接参数的情况下进行控制，并测量铆接后端梁和冲击片之间的间距。焊线直径为1.2mm，焊线的等级为ER50-6，焊接电流为260A，电弧电压为28V，焊接速度为350mm / min，气体消耗为20l / min，保护气体为80 % Ar + 20 % CO2。(2)焊接参数对端梁与冲击片间间隙的影响。检查并匹配牵引梁叶片，使端梁和拉梁之间的间距为1.8毫米和2.2毫米，控制350毫米/毫米下的焊接速度，为焊接选择不同的焊接参数，测量端梁和冲击座之间的间距。随着焊接热消耗的增加，冲击座与梁端板之间的耦合间距也增加。当牵引梁和端梁之间组件的间隙为1.8毫米时，焊接参数对冲击片和端梁之间的接合间隙影响不大，端梁和冲击片之间的闩锁间隙在指定的TB范围内。

2、焊接应力变形的产生机理

在焊接过程中，焊接热量的进入会引起材料的不均匀局部加热，从而使焊接区域熔化，而在与熔化面板相邻的高温区域中材料的热膨胀会受到周围材料的限制，从而导致不均匀的压缩和塑性变形。这部分材料在冷却过程中发生压缩变形，受到周围条件的限制，因此不能自由压缩，并且受到不同角度拉伸的限制。同时，熔池凝固和金属冷却收缩也会产生相应的收缩和变形应力，从而在焊接接头区域产生未经调整的变形，这种变形称为初始变形或内部变形。相应地，在元件中形成自平衡内部电压，通常称为焊接电压。但是，焊接后在零件中保持在室温的内部应力场和宏观应变称为焊接残余应力和焊缝残余应变。简而言之，焊接应力和应变的根源是局部加热和冷却不均匀。焊接应力和变形的发生与焊接材料(主要包括材料性能、热物理常数和机械性能)、焊接接头的形状和尺寸、焊接过程参数、焊接结构(结构形状、厚度和刚度)等有关。

3、铁路机车制件的常见焊接变形原因

在焊接实践中，机车产品受到材料特性、结构设计、焊接技术等相关因素的影响，主要影响的结果是焊后一般变形和区域变形。介绍了以下详细信息:以材料特性的影响为例，材料本身的物理和化学特性相对活跃。软化焊接界面后，强度系数降低，线性膨胀系数越大，越容易发生变形。因此，在焊接过程中，由于金属加工性能，母材内部结构(即金属元素活性变化中的化学成分)会影响焊接性，如果匹配不良，则会发生焊接变形。以结构结构为例，作为焊接的零部件，产品必然依赖于零部件本身的限制程度和外部限制。在目前铁路机车焊接的实践中，焊接部件的复杂性越来越高，这限制了产品的变化，提高了焊接变形的可能性。以焊接工艺为例，为了材料本身容易氧化的特性，要求使用高密度焊接工艺作为基础。在区分焊接方法和焊接工艺实践的过程中，有加热和冷却过程。因此，在遵循热膨胀和压缩基本原则的前提下，焊接应力是由焊接零件的温差引起的，这也是导致焊接变形的主要因素。例如，焊接应力表示高温下的膨胀拉应力，因此塑料变形是由焊缝和压缩应力之间接近位置处的力的分布和相互作用引起的。但是，相对温度低的位置表示收缩电压。在焊接实践中，冷却过程中温度不断变化，焊接应用的力和焊缝的变形同时发生。温度与环境温度相同时，横向、纵向和厚度方向上的残余应力会导致不同方向钢结构的相应种类的变形，从而导致横向、纵向、扭转、波动、偏转和角度变形等多种类型的变形。

4、解决方案

4.1完善工艺流程和系统运行机制

敞车有多种类型，对生产过程中制造的零件的要求也不同，因此运行过程中使用的技术流程会有所不同。最重要的是，从焊接过程开始，工艺流程必须进行优化和改进，标记方法必须用于使接收人员、焊接人员和评估人员能够实现零件的统一处理。此外，根据设计数据采集评估系统和每个工艺环节的技术要求，必须对整个焊接工作进行评估。焊接结构可以转换成每一个详细的环节，以便更详细的管理和控制。各环节的评价机制和工艺设计应具有较高的合规性，以改善焊接质量控制。

4.2优化设计

焊接应力客观存在，因此可以从减少变形、提高平滑度、提高焊接效果的设计策略开始。此外，焊接缝的浓度和焊接缝的交点也会引起应力的集中，这需要根据主次方法进行分离和分离。应根据实际情况分析残余应力引起的焊缝变形，消除各种变形，包括对小焊缝数、焊接顺序、焊缝保持程度等的控制。结合过去的经验，为了补偿残余应力，减少变形，采用了锤击法，提高了零件本身的塑料应力。

4.3引入现代技术，预控焊接变形

采用通用设备和器材时，使用先进的测量设备和仪器，如卡尺和红外线设备，为焊接施工人员提供实时指导，可满足焊接施工技术标准的要求。或者，根据零件特性，最小化由于焊接差异和技术应用之间的不良反应而导致的焊接变形。目前，有限元模拟软件可以用于焊缝的初步模拟和焊接变形预测，以提取数据来控制焊接变形和工艺优化措施。

4.4科学设计焊缝，对应控制应力

由于焊接件的实际分析，已经证明电压是客观存在的，因此有必要采取设计策略，提高焊接缝结构的对称性，提高柔软度。对于宽度和厚度的差异，建议选择拔模过渡方法，以防止截面急剧变化，减少应力集中的可能性。另一方面，焊部和焊点浓度的交点产生的集中应力或应力场应分为主焊缝和次焊缝，随后根据连续和次断裂结构的基本方法加以解决。关于残余应力引起的焊接变形，应根据焊接经验锤击，"对症下药"，包括控制小焊缝数、焊接限制、焊接顺序、焊接方向、焊接刚度和塑料应力的增加，以消除残余应力。

结束语

作为底部框架的重要部分，货车中梁焊接变形的控制不容忽视。本文分析了焊接方法的选择、焊接顺序、焊接设备和焊后补偿对中梁焊接变形的影响。目的是提高中梁的焊接质量，确保能满足焊后偏转的指定要求。

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