CN112570858B - 异形焊缝成型方法、转向架焊接方法及车辆 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种异形焊缝成型方法、转向架焊接方法及车辆，属于焊接技术领域，异形焊缝成型方法包括根据焊接条件确定焊接参数，还包括根据焊缝的目标形状在焊缝侧方设置挡块，挡块用于与待焊件共同围成凹槽，凹槽用于容纳熔池金属并限制熔池金属的自然流动，焊接，熔池金属在凹槽中固化后形成具有目标形状的焊缝；本发明提供的异形焊缝成型方法，能够显著提高焊接效率，降低生产成本，同时提高焊接质量。

Description

异形焊缝成型方法、转向架焊接方法及车辆

技术领域

本发明属于焊接技术领域，更具体地说，是涉及一种异形焊缝成型方法、转向架焊接方法及车辆。

背景技术

转向架是轨道车辆重要部件之一，用于支撑车体并使之在轨道上运行。转向架制造过程中涉及焊接，其中不乏异形焊缝的焊接。异形焊缝是指待焊件的连接表面不是规则平面，或要求的焊缝形状不规则，是三维空间中的立体焊缝，从而导致无法通过常规的焊接方法进行焊接，例如，转向架构架中存在的多处燕尾焊缝。

现有技术中一般通过多层多道次的堆焊对异形焊缝进行焊接，每道次的填充量不能太大，防止熔池金属在重力作用下随意流淌，且每层焊接之间需要经过等待焊缝冷却、打磨融敷金属防止未融合、夹杂等焊接缺陷等中间环节，焊接作业时间长、效率低且较难控制焊接质量；同时，为了保证要求的焊缝尺寸，堆焊时一般将焊缝尺寸堆积至超出图纸要求，然后将超出的部分打磨掉，融敷金属硬度较高，打磨费时费力，且浪费焊接材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种异形焊缝成型方法、转向架焊接方法及车辆，旨在解决上述现有技术中的问题，提高异形焊缝的焊接效率，降低生产成本，保证焊接质量。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是，提供一种异形焊缝成型方法，包括根据焊接条件确定焊接参数,还包括：

根据所要达到的焊缝目标形状在待形成焊缝处的侧方设置挡块，所述挡块用于与待焊件共同围成凹槽，所述凹槽用于容纳熔池金属并限制熔池金属的自然流动；

焊接，熔池金属在所述凹槽中固化后形成具有所述目标形状的焊缝。

作为本申请另一实施例，所述凹槽的开口朝上，熔池金属自下而上堆积，熔池金属堆积至所述开口的边沿时停止焊接。

作为本申请另一实施例，所述凹槽的开口朝向为斜向上，所述焊接包括填充焊接和盖面焊接，所述填充焊接用于在所述凹槽内填充金属且道次数为一次或多次，所述盖面焊接用于在所述凹槽的开口处形成焊缝表面。

作为本申请另一实施例，所述凹槽的开口长度大于所述凹槽的深度，熔池金属沿水平方向在所述凹槽内堆积。

作为本申请另一实施例，所述焊缝焊接完成后进行常规焊接，所述常规焊接形成的附加焊缝与所述焊缝共同作用将所述待焊件连为一体。

作为本申请另一实施例，所述待焊件为板件或管件，所述焊缝用于连接板件与板件或板件与管件。

作为本申请另一实施例，所述挡块通过机械夹持或粘结的方式固定设置在所述待形成焊缝处的侧方。

作为本申请另一实施例，所述挡块为整体式结构或分体式结构，当所述挡块为整体式结构时，所述挡块上设有一个或多个用于与所述待焊件表面贴紧的连接面；当所述挡块为分体式结构时，所述挡块由多个分设在不同位置的子块构成。

本发明提供的异形焊缝成型方法，与现有技术相比，能够借助挡块在待焊件相互连接的待焊接处围成用于容纳熔池金属的凹槽，焊接时熔池金属被槽壁围挡在凹槽中，不会因重力作用而自然的随意流动，熔池金属在凹槽的约束下冷却固化后即可形成具有目标形状的焊缝；与现有技术中多层多道次的堆焊焊接，本发明提供的异形焊缝成型方法具有以下优势：熔池金属不会随意流动，不必担心因填充量过大熔池金属流至焊缝区域之外，因此一次焊接可以具有较大的填充量，大大减少了焊接道次，甚至可以一次性焊接成型，大大减少了焊接作业时间，提高了效率；随着焊接道次的减少，焊接接头也大大减少，降低了未融合、夹杂等焊接缺陷出现的几率，提高了焊接质量；因凹槽的约束，熔池金属不会流至焊缝区域之外，固化成型后焊缝边界整齐规则，基本不用打磨，即使凹槽开口处需要打磨，也可以通过合理控制填充量，保证凹槽开口处熔池金属的溢出量较少，打磨工作量较少，大大减少了焊后打磨工作量，提高了效率，同时减少了焊接材料的消耗量，降低了生产成本。

本发明还提供了转向架焊接方法，所述转向架焊接时的异形焊缝通过上述的异形焊缝成型方法焊接成型，所述转向架焊接时的异形焊缝包括但不限于用于连接两个所述待焊件的燕尾焊缝，转向架焊接效率高、生产成本低且能够保证焊接质量。

本发明还提供了车辆，所述车辆的转向架通过上述的转向架焊接方法焊接成型，因此车辆的生产效率高且质量更有保障。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的异形焊缝成型方法中待焊件、挡块和凹槽的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的凹槽开口朝上时待焊件、挡块和凹槽的状态示意图；

图3为相比图2焊接完成后的结构示意图；

图4为相比图3拆除挡块2后的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的凹槽开口朝向为斜向上时待焊件、挡块和凹槽的状态示意图以及多道次焊接形成的焊缝的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的焊接完成后再通过常规焊接形成附加焊缝的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的凹槽开口大深度小且待焊件分别为管件和板件时凹槽的开口尺寸示意图；

图8为通过挡块的纵截面剖切图7得到的剖面结构示意图；

图9为相比图7焊接完成且拆除挡块后的结构示意图；

图10为本发明实施例提供的转向架焊接方法中燕尾焊缝分布的结构示意图；

图11为图10中A处的放大视图；

图12为图10中B处的放大视图；。

图中：1、待焊件；2、挡块；21、端面；3、凹槽；4、焊缝；41、填充焊缝；42、盖面焊缝；43、附加焊缝；51、横向减震器；52、纵向梁上盖板；53、横梁管。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

现对本发明提供的异形焊缝成型方法进行说明。异形焊缝成型方法，包括根据焊接条件确定焊接参数，还包括根据所要达到的焊缝目标形状在待形成焊缝处的侧方设置挡块2，挡块2用于与待焊件1共同围成凹槽3，凹槽3用于容纳熔池金属并限制熔池金属的自然流动；焊接，熔池金属在凹槽3中固化后形成具有目标形状的焊缝。

本发明提供的异形焊缝成型方法，与现有技术相比，能够借助挡块2在待焊件1相互连接的待焊接处围成用于容纳熔池金属的凹槽3，焊接时熔池金属被槽壁围挡在凹槽3中，不会因重力作用而自然的随意流动，熔池金属在凹槽3的约束下冷却固化后即可形成具有目标形状的焊缝；与现有技术中多层多道次的堆焊焊接，本发明提供的异形焊缝成型方法具有以下优势：熔池金属不会随意流动，不必担心因填充量过大熔池金属流至焊缝区域之外，因此一次焊接可以具有较大的填充量，大大减少了焊接道次，甚至可以一次性焊接成型，大大减少了焊接作业时间，提高了效率；随着焊接道次的减少，焊接接头也大大减少，降低了未融合、夹杂等焊接缺陷出现的几率，提高了焊接质量；因凹槽3的约束，熔池金属不会流至焊缝区域之外，固化成型后焊缝边界整齐规则，基本不用打磨，即使凹槽3开口处需要打磨，也可以通过合理控制填充量，保证凹槽3开口处熔池金属的溢出量较少，打磨工作量较少，大大减少了焊后打磨工作量，提高了效率，同时减少了焊接材料的消耗量，降低了生产成本。

需要说明的是，本申请中的焊缝是指焊接完成后位于两个或多个待焊件1之间、用于连接待焊件1的熔敷金属。根据焊接条件确定焊接参数为现有技术，焊接条件主要包括待焊件1的材质、厚度以待焊件1之间的连接形式等，焊接参数包括焊条或焊丝的种类、直径，焊接电流、电压，焊接速度、顺序，熔敷方法以及运条方法等。其中与本申请密切相关的焊接条件包括待焊件1之间的连接形式，当两个待焊件1连接处的表面不是规则平面，往往导致焊缝需要在三维空间堆积而成，造成焊接困难；另外，即使两个待焊件1连接处的表面是规则平面，但是由于连接强度的要求等原因，技术上要求焊缝需具有特定的形状，往往也导致焊缝需要在三维空间堆积而成，无法通过常规焊接方法施焊。异形焊缝的形状不限，如图1和图7所示情况，所要达到的焊缝目标形状完全不同，同时待焊件1的连接形式也具有较大区别，但都可以通过本申请提供的方法进行焊接。对于焊接参数，由于设置了挡块2，使熔池金属的形态发生了变化，需要在现有参数的基础上作出合理和常规的调整，以便使焊接参数更为适合异形焊缝的成型。

挡块2设置在焊缝的侧方，包括焊缝的左侧、右侧、前侧、后侧和下侧，一般不包括焊缝的上侧，挡块2一般用于阻挡熔池金属在重力作用下的自然流淌；焊缝成型后与待焊件1连接的表面与待焊件1融为一体，与挡块2连接的表面，挡块2拆下后与挡块2用于阻挡熔池金属的表面形状一致，因此可以通过挡块2的形状控制焊缝的成型形状；位于凹槽3开口处的焊缝表面，既不与待焊件1连接，也不与挡块2连接，焊接时一般通过凹槽3的开口边沿控制填充量，保证焊缝尺寸一致，有利于控制焊缝质量，熔池金属填充至凹槽3的开口边沿时停止施焊；为了保证焊缝尺寸，一般使熔池金属稍微超出开口边沿，溢出凹槽3之外，施焊完成后进行少量打磨，将焊缝表面磨平即可；凹槽3一般至少具有一个开口，用于供焊接材料进入凹槽3内部，上述焊接材料包括焊条、焊丝、焊剂和保护气体等。焊接完成后一般将挡块2拆下，挡块2一般为陶瓷材质，可以循环利用。

本申请提供的异形焊缝成型方法适用的焊接方法有MAG焊和MIG焊，必要时也适用于焊条电弧焊和氩弧焊。

作为本发明提供的异形焊缝成型方法的一种具体实施方式，请参阅图2，凹槽3的开口朝上，熔池金属自下而上堆积，熔池金属堆积至开口的边沿时停止焊接。凹槽3开口朝上一般分为以下两种情况，一是将挡块2设置在焊缝侧方围成凹槽3后，凹槽3的开口本身就朝上；二是将挡块2设置在焊缝侧方围成凹槽3后，凹槽3的开口不超上，但是待焊件1体积较小或有专门的起吊设备可转动待焊件1，使凹槽3开口朝上，以船形焊的方法进行焊接，如图2所示。

本实施例中，凹槽3的开口较小而深度较大，焊接时在凹槽3的底部起弧，首先将凹槽3底部的金属熔化形成熔池金属；随后，随着焊接的进行，焊丝熔化作为填充物进入凹槽3中，凹槽3中的熔池金属自下而上堆积，逐渐将凹槽3填满；焊接时，焊枪指向待焊件1，保证焊接完成后焊缝与待焊件1有效融合；熔池金属堆积至开口边沿时停止焊接，此时焊缝表面一般较为粗糙且具有焊渣，需要进行打磨；为了保证焊缝尺寸，堆积熔池金属时一般稍微超出开口边沿，焊接完成后将超出量打磨掉即可。

焊接即将完成时，可以以挡块2的端面21作为焊脚尺寸的参照，如图3所示，打磨完成后焊缝4表面与挡块2的端面21平齐；拆除挡块2后，如图4所示，在两个待焊件1连接处形成焊缝4。挡块2的结构形状根据焊缝4的形状设置，实际应用中，根据要求焊缝4表面为平面或如图3和图4所示的凹弧面，挡块2的端面21对应有平面和凹弧面两种形式，挡块2的长度比焊缝4的长度大20mm，高度与焊缝4的高度相同，厚度为10mm。

作为本发明提供的异形焊缝成型方法的一种具体实施方式，请参阅图1，凹槽3的开口朝向为斜向上，焊接包括填充焊接和盖面焊接，填充焊接用于在凹槽3内填充金属且道次数为一次或多次，盖面焊接用于在凹槽3的开口处形成焊缝表面。

本实施例中，由于待焊件1体积较大或其他原因，导致待焊件1不便转动，无法使凹槽3的开口朝上，因此需要采用多道次焊接；焊接包括一次盖面焊接和至少一次填充焊接；进行填充焊接时，一般使焊缝倾斜生长，焊缝表面与开口平行，因此填充焊接的道次数主要由焊缝尺寸和开口倾斜程度确定；开口倾斜程度越大，熔池金属斜向下流淌的趋势越大，每道次的填充量相应越少，填充焊接的道次数越多；焊缝尺寸越大，每道次填充量一定的情况下，填充焊接的道次数越多。需要说明的是，即使与现有技术一样，填充焊接为多道次焊接，但是由于挡块2能限制熔池金属向凹槽3两侧流动，与现有技术中熔池金属在所有方向自由流动不同，因此每道次的填充量比现有技术多，道次数比现有技术少。进行完一道次的填充焊接后，需要等待填充焊缝41冷却以及对焊缝表面进行打磨，清理药皮、飞溅等杂质，保证焊缝质量；盖面焊接完成后，与上一实施例相同，焊缝表面与挡块2的端面平齐，保证焊缝一致，外观质量良好。

如图5所示，下面以进行一道次填充焊接和一道次盖面焊接为例，对本实施例进行说明。焊接时，在凹槽3底部起弧焊进行填充焊接，填充焊接完成后形成填充焊缝41，对填充焊缝41表面进行打磨，清理药皮、飞溅等杂质；然后在填充焊缝41表面起弧进行盖面焊接，焊接时使熔池金属稍微超出凹槽3的开口边沿，从凹槽3中少量溢出，熔池金属冷却后形成盖面焊缝42，将盖面焊缝42打磨至与挡块2端面21平齐，完成焊接。

作为本发明提供的异形焊缝成型方法的一种具体实施方式，请参阅图7和图8，凹槽3的开口长度大于凹槽3的深度，熔池金属沿水平方向在凹槽3内堆积。本实施例中，凹槽3的深度较小，而开口尺寸较大。凹槽3开口尺寸中包括长度L和宽度W，长度L远远大于深度H，凹槽3呈大开口小深度状；图7为了清楚表示焊接前挡块2的设置状态，图中未画出焊缝4；图8中为了表示凹槽3的深度H，画出了焊缝4，焊缝4的深度即凹槽3的深度。

图7中挡块2的数量为六个，分为两组分别设置在焊缝4的两端，每端设置三个挡块2，用于阻挡熔池金属的自然流淌；需要注意的是，本实施例中凹槽3的两端是开放的，与上述实施例中的凹槽3只具有一个朝上或斜向上的开口不同，但是凹槽3的两端开口并不影响焊接过程，因为焊缝4的纵截面较小，焊枪不会在凹槽3的端部停留太久，熔池金属可快速固化，将开口封住，加之两侧设有挡块2，可以限制熔池金属流动，因此在焊接凹槽3两端时可以按照预期使焊缝4具有目标形状；具体的，也可以在凹槽3两端开口增设挡块2，对凹槽3的两端开口进行封堵。

现有技术中，在图7和图8的条件下焊接时，一般先焊接焊缝4的中间起主要承载部分的区段，焊缝4的中间部分由待焊件1中板件的侧立面以及待焊件1中管件的外圆柱面围成；焊接完中间主焊缝后分别在主焊缝的两端起弧，在焊缝在主焊缝两端继续向外延伸，堆焊出规定尺寸的焊缝；由于熔池金属受重力作用自由流淌，堆焊只能采用多道次、小填充量的方法进行焊接。

设置挡块2后可由凹槽3的一端进行焊接，焊缝从凹槽3的一端沿水平方向向另一端延伸形成焊缝，经过少量打磨后最终形成如图9所示的焊缝4，图9为焊接完成将挡块2拆除后的状态；焊接时，焊缝4两端位置靠挡块2的端面进行定位，能够保证焊缝尺寸一致，焊缝4的上表面为凸弧形，由焊接时运条轨迹保证；需要说明的是，本实施例中所说的熔池金属沿水平方向堆积，并不意味着熔池金属在竖直方向没有堆积过程；凹槽3的深度较小，因此熔池金属在焊缝4的一个纵截面中自下而上堆积的过程较快，相比熔池金属沿凹槽3的水平方向堆积，焊接过程更明显的体现为焊缝4沿水平方向生长的过程。

作为本发明提供的异形焊缝成型方法的一种具体实施方式，请参阅图6，焊缝焊接完成后进行常规焊接，常规焊接形成的附加焊缝43与焊缝4共同作用将待焊件1连为一体。本实施例中，异形焊缝焊接成型后，拆除挡块2，进行常规焊接，连接待焊件1的焊缝由异形的焊缝4和常规的附加焊缝43组成。常规焊接为现有技术，图6中，两个待焊件1连接处形成T形接头，对T形接头进行常规焊接，形成附加焊缝43；具体的，附加焊缝43的数量为两个且焊接方向相同，附加焊缝43可以与焊缝4连接，也可以不与焊缝4连接。

作为本发明提供的异形焊缝成型方法的一种具体实施方式，待焊件1为板件或管件，焊缝用于连接板件与板件，如图1至图6所示，焊缝也用于连接板件与管件，如图7至图9所示。本申请的异形焊缝成型方法可应用于各种形状结构的待焊件1，板件和管件为待焊件1的常见形状。

作为本发明提供的异形焊缝成型方法的一种具体实施方式，挡块2通过机械夹持或粘结的方式固定设置在待形成焊缝处的侧方。

机械夹持一般通过夹持装置实现，夹持装置可以通过磁力座固定待焊件1上，磁力座上设置具有一定自由度的活动杆，活动杆的伸出端设置用于夹持挡块2的夹爪。粘结的方式可以通过耐高温胶带实现，将挡块2粘结在待焊件1上。

作为本发明提供的异形焊缝成型方法的一种具体实施方式，挡块2为整体式结构或分体式结构，当挡块2为整体式结构时，挡块上设有一个或多个用于与待焊件1表面贴紧的连接面；当挡块2为分体式结构时，挡块2由多个分设在不同位置的子块构成。

整体式的挡块2一般是为特定的焊接工序定制而成，安装方便，能够大大提高作业效率；但是由于整体式的挡块2需要定制，且形状一般比较复杂，因此加工成本较高，适合大批量的焊件加工。分体式挡块2中的子块，一般是标准陶瓷垫板，容易获得，成本较低，但是如图1至图8所示，需要根据焊缝形状手动安装在焊缝侧方，作业效率不如整体式挡块2高。

本发明还提供转向架焊接方法，请参阅图10至图11，转向架焊接时的异形焊缝通过上述的异形焊缝成型方法焊接成型，转向架焊接时的异形焊缝包括但不限于用于连接两个待焊件1的燕尾焊缝。上述燕尾焊缝包括横向减震器51与纵向梁上盖板52连接的焊缝，以及横梁管53与板件连接的焊缝，其中每节转向架构架中，横向减震器51与纵向梁上盖板52连接的燕尾焊缝有4条，焊缝燕尾尺寸12*30，横梁管53与制动吊梁安装座连接的燕尾焊缝有16条，横梁管53与纵向梁连接的燕尾焊缝有16条，横梁管53与止挡座连接的燕尾焊缝有2条，横梁管53与拉杆座连接的燕尾焊缝有4条，焊缝燕尾尺寸10*20，总共40余条燕尾焊缝，采用本发明提供的转向架焊接方法对上述燕尾焊缝进行焊接，可大大减少转向架的焊接用时，提高焊接效率，同时有利于保证焊接质量。横梁管53与板件连接的燕尾焊缝由于板件与横梁管53的相对位置和角度不同，因此挡块2适合为分体式结构，与横梁管53贴紧的子块设有与横梁管53的外径匹配的圆弧面，保证子块可以组合使用，减少子块的类型，使子块具有一定通用性。

本发明还提供车辆，车辆的转向架通过上述的转向架焊接方法焊接成型，因此车辆的生产效率高且质量更有保障。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.异形焊缝成型方法，包括根据焊接条件确定焊接参数，其特征在于，还包括：

根据所要达到的焊缝目标形状在待形成焊缝处的侧方设置挡块，所述挡块用于与待焊件共同围成凹槽，所述凹槽用于容纳熔池金属并限制熔池金属的自然流动；所述挡块分体式结构，所述挡块由多个分设在不同位置的子块构成，所述挡块的顶部处还设置有与焊接件或焊缝形状相互适配的端面；

焊接，熔池金属在所述凹槽中固化后形成具有所述目标形状的焊缝；

所述待焊件为板件或管件，所述焊缝用于连接板件与管件；

挡块的数量为六个，分为两组分别设置在焊缝的两端，每端设置三个挡块，用于阻挡熔池金属的自然流淌，在所述凹槽的两端开口增设挡块，对所述凹槽的两端开口进行封堵。

2.如权利要求1所述的异形焊缝成型方法，其特征在于，所述凹槽的开口朝上，熔池金属自下而上堆积，熔池金属堆积至所述开口的边沿时停止焊接。

3.如权利要求1所述的异形焊缝成型方法，其特征在于，所述凹槽的开口朝向为斜向上，所述焊接包括填充焊接和盖面焊接，所述填充焊接用于在所述凹槽内填充金属且道次数为一次或多次，所述盖面焊接用于在所述凹槽的开口处形成焊缝表面。

4.如权利要求1所述的异形焊缝成型方法，其特征在于，所述凹槽的开口长度大于所述凹槽的深度，熔池金属沿水平方向在所述凹槽内堆积。

5.如权利要求1所述的异形焊缝成型方法，其特征在于，所述焊缝焊接完成后进行常规焊接，所述常规焊接形成的附加焊缝与所述焊缝共同作用将所述待焊件连为一体。

6.如权利要求1所述的异形焊缝成型方法，其特征在于，所述挡块通过机械夹持或粘结的方式固定设置在所述待形成焊缝处的侧方。

7.转向架焊接方法，其特征在于，转向架焊接时的异形焊缝通过权利要求1至6任一项所述的异形焊缝成型方法焊接成型，所述转向架焊接时的异形焊缝包括但不限于用于连接两个所述待焊件的燕尾焊缝。

8.车辆，其特征在于，所述车辆的转向架通过权利要求7所述的转向架焊接方法焊接成型。

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