CN111889908A - 边梁组成的加工组焊方法 - Google Patents

Abstract

本申请所述的边梁组成的加工组焊方法，提出一种新型组焊方法，即根据底架设计结构优化组焊步骤和采取减小焊接变形的工艺措施，遵从先焊接侧无拘束且自由收缩的原则制定焊接顺序，以期有效减小底架边梁组成的焊接收缩和变形，保证边梁和底架的制造质量，满足后续工序对型材尺寸的严格需求。包括以下实施步骤：(1)、中部边梁型材机加预留加强筋；(2)、机加工后边梁型材底架正位组焊；(3)、边梁与边梁地板底架正位组焊及调修；(4)、边梁组成与内边梁底架正位组焊及调修。在执行所述步骤(1)之前，对边梁组成的各部件工艺放量后的尺寸进行检验，并进行焊前清理打磨；在执行所述步骤(1)的过程中，在中部边梁型材内、外表面预留连接筋。

Description

边梁组成的加工组焊方法

技术领域

本发明涉及一种应用于轨道车辆的边梁组成的加工组焊方法，车辆焊接制造技术领域。

背景技术

伴随国内轨道车辆应用技术的高速发展，铝合金得到广泛的应用，车体结构不断得到设计优化，铝合金底架作为车体的主要承载部件，其性能直接影响到侧墙、车顶、端墙公差范围内的匹配组装。而底架焊接过程的焊缝收缩变形对边梁长度、底架宽度产生重要影响，直接影响到后序部件的定位组焊及底架总成后的交检。

现有的铝合金头车底架边梁，通常由一位端部过渡边梁和通长边梁型材组焊而成，其焊后尺寸相对稳定。某头车底架边梁组成采用新型设计理念，由二位端边梁、中部边梁、端部边梁、边梁地板、内边梁、加强板等组焊而成，且所有接头型式为带永久垫板的焊缝。因此，现有技术中底架边梁组成组装部件数量多，中部边梁区域分布密集错综复杂的焊缝，且表现为焊接变形较大等缺点。究其原因，一方面对于三段边梁型材的组焊，如果组装焊缝间隙过大或不均匀，将会导致边梁收缩量大或一、二位侧边梁焊后长度不一致，影响底架与前端底架的组装；另一方面，中部边梁区域分布密集错综复杂的焊缝，导致中部边梁的外表面向内边梁侧倾斜，内边梁向中部边梁的外表面侧倾斜，即内边梁外表面相对于边梁地板水平基准面的垂直度超差，焊后底架宽度尺寸超出允许值下限，且难于通过火焰调修矫正，从而影响后序侧墙、车顶或内装件的组装，严重时还将导致产品报废。

有鉴于此，特提出本申请。

发明内容

本申请所述的边梁组成的加工组焊方法，其发明目的在于解决现有技术存在的问题而提出一种新型组焊方法，即根据底架设计结构优化组焊步骤和采取减小焊接变形的工艺措施，遵从先焊接侧无拘束且自由收缩的原则制定焊接顺序，以期有效减小底架边梁组成的焊接收缩和变形，保证边梁和底架的制造质量，满足后续工序对型材尺寸的严格需求。

为实现上述目的，本申请所述的边梁组成的加工组焊方法，包括以下实施步骤：

(1)、中部边梁型材机加预留加强筋；

(2)、机加工后边梁型材底架正位组焊；

(3)、边梁与边梁地板底架正位组焊及调修；

(4)、边梁组成与内边梁底架正位组焊及调修。

在执行所述步骤(1)之前，对边梁组成的各部件工艺放量后的尺寸进行检验，并进行焊前清理打磨；

在执行所述步骤(1)的过程中，在中部边梁型材内、外表面预留连接筋。

进一步地，在所述的步骤(2)中，将端部边梁、中部边梁和二位端边梁吊放至专用工装上进行正位组装；采用专用工装定位夹具进行紧固定位，然后进行段焊，段焊长度控制在50～60mm之间，且按照从二位端向一位端、边梁组成正位焊接后再翻转完成反位焊接的顺序进行焊接。

进一步地，在所述的步骤(3)中，将焊接完成后的端部边梁、中部边梁、二位端边梁与边梁地板正位吊运至专用工装进行组装，限定组装焊缝间隙≤1mm；通过工装夹具进行固定，然后进行段焊，限定段焊缝长度在50～60mm之间，段焊间距在1000～1200mm之间，且采用双丝IGM自动焊接操作；焊接顺序是先完成边梁组成的正位焊接，再翻转边梁组成完成反位焊接，焊接方向是从二位端向一位端。

进一步地，在所述的步骤(4)中，将边梁地板正位吊运至专用工装上，并通过固定装置对中部边梁的垂向上、下方和边梁地板分别进行拉紧和压紧；通过焊缝组装错边的方式预置反变形组装内边梁。

按照先焊接侧无拘束且自由收缩的原则，对中部边梁区域采用组装错边的方式进行焊接；焊接顺序是第一焊缝—第二焊缝—第三焊缝—第四焊缝—第五焊缝—第六焊缝；完成第六焊缝的焊接后，焊接第七焊缝或第八焊缝；第一焊缝至第八焊缝焊接完成后，对中部边梁区域进行局部火焰调修处理并对其余焊缝进行PT检验。

综上内容，本申请所述的边梁组成的加工组焊方法具有以下优点和有益效果：

1、采取分步骤制定底架边梁组成的组焊工艺，便于焊后尺寸的控制及质量问题的分析处理，为底架交检提供了必要的前提保障。

2、底架边梁组成从型材机加工到组焊完成整个过程，优化组焊步骤及减小焊接变形的工艺措施，遵从先焊接侧无拘束且自由收缩的原则制定焊接顺序，有效的减小了底架边梁组成的焊接收缩和变形，较工艺优化前有较大改善，解决了中部边梁区域焊后难于通过火焰调修保证工艺尺寸的难题，达到了工艺预期的要求，满足了后续工序对型材尺寸的需求。

附图说明

图1是轨道车辆底架反位放置的结构示意图；

图2是边梁组成正位放置的结构示意图；

图3是图2中的A部放大示意图(底架正面向上)；

图4是中部边梁区域的焊接变形分析示意图(底架正面向上)；

图5是边梁组成的加工组焊方法工艺流程示意图；

图6是边梁与边梁地板之间进行调修预置反变形的示意图(底架正面向上)；

图7是中部边梁与内边梁进行组装的示意图(底架正面向上)；

图8是图7中的B部放大示意图；

图9是图7中的C部放大示意图；

在上述附图中，一位侧边梁组成1、二位侧边梁组成2、一位端前端底架3、二位端前端底架4、中部地板5、二位端边梁11、中部边梁12、端部边梁13、边梁地板14、内边梁15、第一加强板16、第二加强板17、连接筋18、第一焊缝21、第二焊缝22、第三焊缝23、第四焊缝24、第五焊缝25、第六焊缝26、第七焊缝27、第八焊缝28。

具体实施方式

实施例1，结合附图对本申请作进一步地详细描述。

如图1所示，铝合金轨道车辆带有司机室的头车底架，包括由一位侧边梁组成1、二位侧边梁组成2、一位端前端底架3、二位端前端底架4和中部地板5组装而成。

其中，一位侧边梁组成1和二位侧边梁组成2的结构相同，且两者沿底架纵向中心线呈对称方式组装连接于中部地板5两侧。

如图2和图3所示，以一位侧边梁组成1为例，其由二位端边梁11、中部边梁12、端部边梁13、边梁地板14、内边梁15、第一加强板16和第二加强板17组成。

具体地，构成所述一位侧边梁组成1的上述部件之间的周圈环焊缝接头型式为带永久垫板的6V焊缝，焊缝坡口一般在70°左右；组焊后，边梁地板14与其他边梁部件之间的焊缝接头型式为插入式带永久垫板的5V焊缝，正、反位各呈现1道焊缝。

如图4所示的是，中部边梁12的周边焊缝分布及焊后变形情况。其中，平行于边梁地板14的中部边梁12型材下表面与平行于边梁地板14的内边梁15型材下表面之间构成第一焊缝21，焊缝坡口为70°；

平行于边梁地板14的中部边梁12型材上表面与第一加强板16之间构成第二焊缝22，焊缝坡口为70°；

三段式的第一加强板16与平行于边梁地板14的内边梁15型材上表面之间构成第三焊缝23，焊缝坡口70°；

内边梁15型材内表面与其垂直的边梁地板14之间构成第四焊缝24，焊缝坡口为70°；

三段式的第二加强板17与边梁地板14之间构成第五焊缝25，焊缝坡口为70°；

内边梁15型材外表面与第二加强板17之间构成第六焊缝26；

三段式的第一加强板16之间构成第七焊缝27，焊缝坡口为70°，计有2条；

三段式的第二加强板17之间构成第八焊缝28，焊缝坡口为70°，计有2条。

在图4中“W”所指向的是边梁组成外表面，在本申请提出之前，现有技术边梁组成焊接后易导致如下变形：中部边梁12的外表面向内边梁15一侧倾斜，内边梁15向中部边梁12的外表面一侧倾斜，即中部边梁12的外表面与内边梁15的外表面间距较设计要求缩小约5～6mm。

如图5所示，基于上述底架边梁组成的结构特征，本申请针对性地提出了下述边梁组成的加工组焊方法：

(1)、中部边梁型材机加预留加强筋；

(2)、机加工后边梁型材底架正位组焊；

(3)、边梁与边梁地板底架正位组焊及调修；

(4)、边梁组成与内边梁底架正位组焊及调修。

具体地，在执行所述步骤(1)之前，对边梁组成的各部件工艺放量后的尺寸进行检验，并进行焊前清理打磨，以去除油污、氧化膜等；

在执行所述步骤(1)的过程中，为避免焊接变形对中部边梁12内、外表面的平面度造成不利影响，需在中部边梁12型材内、外表面预留宽约80mm的连接筋18(如图6所示)，待底架组焊完成后再进行切除。

在所述的步骤(2)中，端部边梁13、中部边梁12、二位端边梁11的型材尺寸检验合格后，将三者共同吊放至专用工装(如底架边梁组焊工装)上进行正位组装；为避免因焊缝间隙过大或不均匀而对一、二位侧边梁的长度产生不利影响，进而影响后续工序底架组装质量，可限制上述各型材组装焊缝的间隙≤0.5mm。

将上述各部件型材采用专用工装定位夹具进行紧固定位，然后进行段焊，段焊长度控制在50～60mm之间，段焊完成后记录边梁组成焊前的长度尺寸，边梁组成对环焊缝的手工焊接方向。

按照从二位端向一位端、边梁组成正位焊接后再翻转完成反位焊接的顺序进行焊接。

如下表1所示的工艺参数，焊接完成后对边梁组成进行火焰调修处理，限定外侧平面度≤1mm。

表1头车边梁组成焊接工艺参数

在所述的步骤(3)中，将步骤(2)焊接完成后的端部边梁13、中部边梁12、二位端边梁11与边梁地板14正位吊运至专用工装(如底架边梁组焊工装)上进行组装，限定组装焊缝间隙≤1mm。

通过工装夹具进行固定，然后进行段焊，限定段焊缝长度在50～60mm之间，段焊间距在1000～1200mm之间，且采用双丝IGM自动焊接操作。

焊接顺序是先完成边梁组成的正位焊接，再翻转边梁组成完成反位焊接；IGM自动焊接参数如上述表1所示；焊接方向是从二位端向一位端。

焊接完成后，对边梁地板14所在平面通过火焰调修进行预置反变形处理。即边梁组成正位放置时，要求中部边梁区域(图6中双箭头所示区域)的边梁地板14平面度H＝2mm，且仅允许上凸，其余区域平面度≤1mm。图6中“J”所指向的是边梁地板14水平基准面。

如图1至图4所示，针对边梁组成各部分结构分析可知，中部边梁区域分布密集且存在错综复杂的焊缝，因此导致此区域焊接收缩变形较大，并且直接影响后续工序底架组装的质量。

为此，在所述的步骤(4)中，按步骤(3)完成上述焊接操作后，将边梁地板14正位吊运至专用工装(如底架边梁组焊工装)上，并通过固定装置对中部边梁12的垂向上、下方和边梁地板14分别进行拉紧和压紧。

如图7所示，通过焊缝组装错边的方式预置反变形组装内边梁，并按如下顺序进行焊接：

通过第四焊缝24错边的方式组装内边梁15，组装过程中使内边梁15向底架纵向中心线(图7中的虚线所示)方向偏移2mm，保证内边梁15与中部边梁12之间第一焊缝21的组装间隙为2mm；图7中的箭头指向的是压紧或拉紧方向。

如图8所示，同时因内边梁15向底架纵向中心线的偏移，将会使边梁地板14自带垫板与内边梁15之间的第四焊缝24产生坡口型材间隙达2mm，即表现为第四焊缝24产生2mm的错边；

如图9所示。根据边梁组成的上述结构特征，遵从先焊接侧无拘束且自由收缩的原则，对中部边梁区域采用组装错边的方式进行焊接。即定位段焊后，依次按照第一焊缝21—第二焊缝22—第三焊缝23—第四焊缝24—第五焊缝25—第六焊缝26的顺序进行焊接；

当第一焊缝21至第三焊缝23完成焊接后，第四焊缝24的错边量将由2mm减小至1mm，即能满足相应的焊缝质量等级要求；

分段完成第四焊缝24后，第四焊缝24的错边量最终将≤0.5mm；

分段完成第五焊缝25和第六焊缝26后，内边梁15的外表面相对与边梁地板14水平面的垂直度≤1.5mm。

如上所述，第一焊缝21至第六焊缝26的焊接顺序，对于整个区域的焊接变形控制起到至关重要的作用。具体地，在中部边梁12的垂向上、下方与边梁地板14分别进行拉紧和压紧状态下，边梁地板14自带垫板与内边梁15之间的第四焊缝24组装错边预置的2mm间隙，在第一焊缝21至第三焊缝23焊接后，在焊接拉应力作用下，内边梁15外表面一侧(靠近底架纵向中心线一侧)处于相对无拘束且自由收缩的状态，以使得第四焊缝24的错边量将由2mm减小至1mm；然后分段完成第四焊缝24之后，在第四焊缝24自身的焊接内应力作用下，第四焊缝24的错边量最终将≤0.5mm。因此，中部边梁区域边梁地板14的调修预置反变形抵消了第五焊缝25焊接后的变形，保证了内边梁15外表面相对于边梁地板14水平面的垂直度。

基于上述区别特征，参考如图4所示的焊缝标识，执行上述第一焊缝21至第六焊缝26的焊接顺序，而且在上述焊接过程中均是从焊缝中间向两端对称地焊接。

例如，首先对组装完成后的第一焊缝21和第四焊缝24进行定位段焊，段焊间距300～400mm，段焊长度30～50mm，分段打磨去除第一焊缝21的段焊，并进行PT检验、研配组装三段式的第一加强板16，使第二焊缝22至第三焊缝23的组装间隙满足工艺0～0.5mm的要求；

依次分段完成第二焊缝22、第三焊缝23的焊接；

分段打磨去除第四焊缝24的段焊，此时在第一焊缝21至第三焊缝23产生收缩拉应力作用下，第四焊缝24的错边量将由2mm减小至1mm，分段完成第四焊缝24的焊接，第四焊缝24的焊接顺序同第一焊缝21；

第四焊缝24在其自身的焊接收缩内应力作用下，进行PT检验，测得最终第四焊缝24错边量≤0.5mm；

研配组装三段式的第二加强板17，使第五焊缝25和第六焊缝26的组装间隙满足工艺0～0.5mm的要求，依次完成第五焊缝25、第六焊缝26的焊接；

最后完成第七焊缝27、第八焊缝28的焊接，第七焊缝27和第八焊缝28的先后焊接顺序可互换。

第一焊缝21至第八焊缝28焊接完成后，对中部边梁区域进行局部火焰调修处理并对其余焊缝进行PT检验。

焊后尺寸检验结果是，边梁组成总长度焊接收缩量均匀稳定，内边梁15外表面相对于边梁地板14水平基准面的垂直度≤1.5mm，中部边梁12外表面与内边梁15外表面的距离较理论值L小约2～3mm，较工艺优化之前有较大的改善，达到了工艺预期要求，能够满足后续工序的质量需求。

如上所述，结合附图和实施例所给出的方案内容，可以衍生出类似的技术方案。但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种边梁组成的加工组焊方法，其特征在于：包括以下实施步骤，

(1)、中部边梁型材机加预留加强筋；

(2)、机加工后边梁型材底架正位组焊；

(3)、边梁与边梁地板底架正位组焊及调修；

(4)、边梁组成与内边梁底架正位组焊及调修；

在执行所述步骤(1)之前，对边梁组成的各部件工艺放量后的尺寸进行检验，并进行焊前清理打磨；

在执行所述步骤(1)的过程中，在中部边梁型材内、外表面机加工预留连接筋。

2.根据权利要求1所述的边梁组成的加工组焊方法，其特征在于：在所述的步骤(2)中，将端部边梁、中部边梁和二位端边梁吊放至专用工装上进行正位组装；

采用专用工装定位夹具进行紧固定位，然后进行段焊，段焊长度控制在50～60mm之间，且按照从二位端向一位端、边梁组成正位焊接后再翻转完成反位焊接的顺序进行焊接。

3.根据权利要求1所述的边梁组成的加工组焊方法，其特征在于：在所述的步骤(3)中，将焊接完成后的端部边梁、中部边梁、二位端边梁与边梁地板正位吊运至专用工装进行组装，限定组装焊缝间隙≤1mm；

通过工装夹具进行固定，然后进行段焊，限定段焊缝长度在50～60mm之间，段焊间距在1000～1200mm之间，且采用双丝IGM自动焊接操作；

焊接顺序是先完成边梁组成的正位焊接，再翻转边梁组成完成反位焊接，焊接方向是从二位端向一位端。

4.根据权利要求1、2或3所述的边梁组成的加工组焊方法，其特征在于：在所述的步骤(4)中，将边梁地板正位吊运至专用工装上，并通过固定装置对中部边梁垂向方向的上、下方和边梁地板分别进行拉紧和压紧；通过焊缝组装错边的方式预置反变形组装内边梁。

5.根据权利要求4所述的边梁组成的加工组焊方法，其特征在于：按照先焊接侧无拘束且自由收缩的原则，对中部边梁区域采用组装错边的方式进行焊接；

焊接顺序是第一焊缝—第二焊缝—第三焊缝—第四焊缝—第五焊缝—第六焊缝；

完成第六焊缝的焊接后，焊接第七焊缝或第八焊缝；

第一焊缝至第八焊缝焊接完成后，对中部边梁区域进行局部火焰调修处理并对其余焊缝进行PT检验。

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