姚國平 汪洪 秦云龍 王斌 仇葉

摘 要：對于采用薄鋼板碳素鋼壓制成型的車廂鋼結構，在車架及車體制作過程中，通過焊接變形的矯正原理，提出減少焊接變形的控制措施，并對其具體應用進行詳細說明，最終使車廂焊接變形通過工藝矯正后達到設計和工藝要求。

關鍵詞：車廂；焊接變形；火焰矯正

1 問題的提出

我公司生產(chǎn)的摩洛哥客車車廂鋼結構，由于考慮重量因素，整車多采用碳素鋼薄鋼板壓制而成，而非傳統(tǒng)的型材設計，這就導致車廂整體剛性差，在組裝焊接以及吊運過程中容易產(chǎn)生變形。

同時在車架制作時由于焊接先后順序以及裝配間隙不一致，造成焊接收縮后車架的寬度不一致，導致車體總成后的邊梁旁彎及側墻平面度超差。在矯正時，由于沒有矯正所需的支撐點和標準的水平基準作為參考，單獨使用火焰矯正根本無法達到預期效果，需要借助一些必要的手段才可以達到矯正的目的。

針對上述問題，本文對車廂生產(chǎn)過程中由于焊接變形而需要進行矯正的關鍵部位和操作方法與大家共同探討。為今后的批量生產(chǎn)打下堅實的基礎，成為車廂焊接變形矯正工藝探索和推廣的必然。

2 鋼結構件變形的原因及矯正的原理

2.1 鋼結構件變形的原因

從整體來講，主要分為兩種情況：一種是受外力作用引起的變形；另一種是受內力作用而引起的變形。

對于受外力作用引起的變形情況，主要指鋼結構件在制作完成后，在吊裝、運輸以及安裝過程中由于碰撞產(chǎn)生的變形，這些變形都是永久變形，屬于塑性變形。

對于受內力作用引起的變形情況，主要指鋼結構件因焊接而產(chǎn)生的內應力，因為焊接對于鋼結構件來說，是一種不均勻的加熱和冷卻的過程，是造成各部件間產(chǎn)生內應力而引起變形的主要原因。

焊接時，加熱是通過移動的高溫電弧熱源進行的，因此焊縫周圍的金屬及焊縫溫度極高，金屬受熱后發(fā)生膨脹，而周圍金屬沒有發(fā)生膨脹，相當于剛性固定。于是受熱金屬的膨脹收縮受到了阻礙就產(chǎn)生了壓縮塑性變形。而焊接冷卻后的金屬及焊縫，由于收縮變形而變短，此時又受到周圍未受熱的金屬的限制，導致被焊后的鋼結構件產(chǎn)生內應力，由此造成一定程度的變形。

變形主要表現(xiàn)在兩個方向：縱向收縮和橫向收縮。縱向收縮（沿焊縫長度方向的收縮）在薄鋼板焊接時表現(xiàn)得更加明顯；而橫向收縮（垂直焊縫長度方向的收縮）是鋼結構件產(chǎn)生內應力和引起變形的主要原因。

無論何種形式的焊接變形，都遵從一個規(guī)律，即焊縫冷卻后，在焊縫區(qū)域產(chǎn)生收縮，繼而使被焊的鋼結構件產(chǎn)生內應力，當被焊件自身的剛度不能克服焊縫收縮時，就會造成焊接變形。

2.2 鋼結構件變形的矯正原理

矯正主要是分析鋼結構件變形的原因，熟悉相互之間的內在聯(lián)系，掌握被焊結構件的性質，選擇正確的矯正部位和矯正方法（如冷矯正和熱矯正），確定正確的矯正的方法和先后順序。熱矯正的原理就是利用金屬的塑性，采用火焰對鋼結構件進行局部加熱，通過熱脹冷縮的原理也就是利用鋼材變形的反變形來達到矯正目的，使得鋼材各層的纖維長度接近相等而平直，通過輔助外力效果更佳。

3 減少焊接變形的措施

3.1 工序前移

車底架焊接翻轉胎的工作量大，同時還要作為矯正臺位使用，為了控制焊接變形，減少矯正的工作量，將與之相關的車體附件和焊縫盡量前移至組裝臺位，盡量使用剛性固定法將立焊以及點焊固定的焊縫全部在組裝臺位焊接完成，可以有效緩解焊接翻轉胎的生產(chǎn)壓力，縮短作業(yè)時間。

3.2 改變傳統(tǒng)生產(chǎn)方式

車底架吊運至焊接翻轉胎后，可以邊焊接邊矯正，取消原來的單獨焊接或單獨矯正作業(yè)的生產(chǎn)方式，這樣可以節(jié)約一半組焊的時間。為了減少焊接變形，取消原來車底架豎向焊接的工序，可以保證矯正工作的順利進行。

4 車廂矯正的工藝的簡介和具體應用

火焰矯正時，一般可采用手工矯正、機械矯正、火焰矯正和高頻熱點矯正，而火焰矯正時，可采用點狀、線狀和三角形矯正法，本車所需矯正材料均為碳素鋼。下面將分別介紹摩洛哥車廂各模塊的矯正工藝，即車底架矯正工藝、邊梁矯正工藝、地板矯正工藝以及側墻矯正工藝。

4.1 車底架矯正工藝

吊運至焊接翻轉胎，經(jīng)過翻轉首先拆除用于防止彎曲和扭曲變形的臨時支撐，松開用于夾緊的4個螺桿，利用轉胎下部四點支撐作為水平基準，并且增加端部兩頭以及中部共十個支撐點。下部使用螺旋千斤頂調整高度，整個車底架要基本共面，有利于車廂總成時側壁與頂蓋的組裝。如圖1所示。

使用拉線裝置測量旁彎，每一根連接梁與邊梁以及旁承梁連接處都要測量，所有數(shù)據(jù)都寫在邊梁上面，便于檢查和矯正使用。公差控制在2～3mm，因為地板的鋪設和焊接還會導致車底架寬度收縮變形，最終檢查尺寸為5mm。

由于沒有矯正所需的基準和橫向支撐點，所以只能利用轉胎4個螺桿作為基準，同時也是車底架下部的支撐點。左右螺桿之間不固定在端部頭部與邊梁的連接處，需要增加頂緊裝置，以免受力變形。選擇五噸秤砣作為支撐點，放置位置中心對準端部頭部與邊梁連接處（即變形最大部位），使用螺旋千斤頂橫向調整控制旁彎尺寸。由于秤砣數(shù)量有限，矯正順序必須從變形數(shù)據(jù)由大向小方向開始。

4.2 邊梁矯正工藝

邊梁規(guī)格為16號槽鋼，平面度要求為每米2mm，一般由于焊接變形會導致內凹，需要采用火焰矯正法進行矯正。邊梁的立面采用線狀加熱，加熱溫度在650～800℃之間，加熱顏色呈櫻紅，加熱寬度為板厚的1～2倍，深度為板厚的1/2～2/3，火焰加熱時烤槍不能來回晃動，束狀火焰要垂直鋼板，動作要敏捷迅速。邊梁的上下平面采用三角形加熱法，如果變形過大，可以使用頂緊裝置配合矯正，效果更佳。

矯正時，使用1m剛性直尺測量，等到完全冷卻之后，測量平面度，如果需要二次火焰矯正，則加熱區(qū)要錯開。

為了縮短矯正時間，可以充分利用地板的剛性作為控制旁彎的有效手段。鋪設中部地板時以第一塊地板作為整車縱向中心基準的定位，所以尤為重要，需要測量邊梁旁彎和平面度。而最后一塊地板鋪設時需要測量車底架寬度，因為風道口的組裝和焊接會導致尺寸變化。

4.3 地板矯正工藝

端部地板需要正反兩面焊接，會產(chǎn)生凹凸變形，平面度要求為2mm/m2，需要使用火焰矯正法進行矯正，采用點狀加熱法。

4.4 側墻矯正工藝

側墻采用3mm厚的薄鋼板拼接而成，與骨架組裝焊接，加上整體都布滿窗框，凹凸變形極為明顯。由于側墻在組焊過程中不進行矯正，車體總成后焊接變形更加嚴重，必須進行火焰矯正。

矯正時使用真空吸附的方式配合火焰矯正，首先使用3m鋼直尺豎直測量每根立柱的之間側墻平面度，使用頂緊裝置配合烘槍矯正，采用線狀加熱法矯正蒙皮反面骨架，并澆水加快冷卻速度。

對蒙皮平面度矯正時采用真空吸附法，反面使用點狀加熱法進行矯正，火焰加熱溫度在500～600℃之間。矯正過程中使用直尺橫向測量蒙皮，防止因火焰過大造成更大的變形，導致材質發(fā)生變化，影響使用性能。矯正加熱圓點直徑為板厚的6～8倍，使用自制的多頭烘槍進行矯正，配合噴淋槍進行快速冷卻，縮短火焰矯正的時間，如圖2所示。

所有火焰矯正工作完成以后，使用木棰矯正玻璃窗框，保證周邊共面，防止車廂使用過程中安裝玻璃滲水。

5 結論

綜上所述，通過對鋼結構件變形的原因及矯正原理的分析，以及摩洛哥車型各個模塊矯正的工藝和操作方法的介紹，執(zhí)行上述工藝，輔助必要的工裝和測量工具，最終可充分利用組裝焊接的時間和空間，縮短車廂生產(chǎn)周期，簡化矯正工藝，提高工裝設備利用率，降低人員、設備、材料的投入，滿足設計和工藝要求，改善員工的作業(yè)環(huán)境，可以有效提高生產(chǎn)率，為以后的批量生產(chǎn)打下良好的基礎。

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（作者單位：中車戚墅堰機車有限公司）