廖阳

（中车齐齐哈尔车辆有限公司，黑龙江 齐齐哈尔161002）

T33特种铁路平车箱形中梁焊接工艺分析及应用

廖阳

（中车齐齐哈尔车辆有限公司，黑龙江 齐齐哈尔161002）

结合生产实际，根据T33特种平车的箱形中梁的结构特点，对焊接过程中所遇到的一些焊接工艺难点进行分析，制定相应的焊接工艺方案，有效地保证了产品质量。

箱形中梁；厚板焊接；焊接变形

中梁是车辆最主要的承重部件，中梁制造质量直接影响到底架乃至整个平车的运用性能。特别是对于运输特种装备的专用平车，由于其车体长，载重大，且载荷分布不均匀，受力情况复杂，采用型钢中梁不能满足其承载能力及刚度要求。T33型特种平车由于其用途的特殊性，采用了带配重的鱼腹式箱形结构中梁，并且其上下盖板以及左右腹板都属于厚板焊接，厚板焊接由于热输入量较大，极易产生焊接变形。为此本文围绕T33型特种平车箱形中梁如何防止焊接变形及其保证焊接质量进行分析。

1　基础分析

1.1中梁结构组成

T33型专用平车所采用的箱形中梁主要由中梁上盖板、中梁下盖板、中梁腹板、隔板、挡板、中梁配重、枕梁下盖板（中）、上心盘、前从板座、后从板座等几部分组成，如图1所示。

图1　T33型特种平车箱形中梁结构简图

1.2组装工艺流程

T33型特种平车箱形中梁组装工艺流程具体为：中梁上下盖板、腹板拼接及调平→画线钻腹板从板座底孔→腹板、隔板与下盖板组对→下盖板与隔板焊接→腹板与下盖板间内侧角焊缝焊接→中梁一次翻焊→组装配重铁（提前称重）→中梁上盖板组对→腹板与上下盖板外侧角焊缝焊接→中梁矫正→下补强板组焊→心盘孔钻孔→组装上心盘→前后从板座孔扩孔、拉铆从板→中梁交验。

2　组焊工艺分析

2.1腹板及上下盖板拼接

腹板及上下盖板拼接焊缝处应避开底架各梁，焊缝表面磨平。焊缝按GB/T11345-2013《焊缝无损检测超声检测技术检测等级和评定》进行探伤检测，等级须达到B级。按照GB/T29712-2013《焊缝无损检测超声检测验收等级》进行验收，等级须达2级。焊缝表面用磁粉探伤，不得存在裂纹等缺陷。

中梁腹板是由五块厚度为16 mm的Q450NQRI板材拼接而成，并且采用开单面坡口焊接。

中梁上盖板采用20 mm厚的Q345E型板材进行拼接，坡口形式为X型双面坡口。在拼接前需预制2°～3°的反变形，以保证焊后平整度。焊后打磨时应垂直于焊缝纵向进行打磨。

中梁下盖板厚度为40 mm，属于大厚板件拼接，拼接前预制合理的反变形，焊接过程中需要控制焊接热输出量，保证焊后下盖板接口处平面度。中梁下盖板开坡口方式与上盖板一致，均采用开X型坡口多层焊接，焊接过程中要防止扭曲。

2.2腹板与隔板、下盖板定位组装

在下盖板与台型固定好后，先在下盖板上划出腹板外侧定位，画出下盖板中心线并在下盖板上画出隔板位置，然后确定隔板横纵向位置以及垂直度后将隔板与下盖板进行阻焊。完成隔板组焊之后将两腹板中心线与下盖板中心线对应，通过卡兰按照事先画好的线进行腹板与下盖板的组焊。

2.3上盖板与腹板组焊及矫正

将上盖板放在腹板上，使其中心与腹板中心对齐，然后用千斤顶做成的压紧装置将上盖板和腹板压紧然后进行焊接。

2.4工艺难点及解决方案

2.4.1工艺难点

结合实际生产过程中所遇到的困难，在工艺方面的主要难点有以下两个方面：

（1）T33型特种平车中梁组成全长24 180 mm，长度较大，主要组成部件中梁腹板厚度16 mm、中梁上盖板厚度20 mm、中梁下盖板厚度40 mm，下盖板拼接属于厚板拼接，焊接量较大，控制焊接变形极其困难。

（2）组焊腹板与上下盖板时，由于腹板带有单侧破口，焊接深度大，要保证焊接后腹板与上下盖板的垂直度难度较大。

2.4.2解决方案

由于中梁下盖板有40 mm厚，拼接时焊道深度单侧可达15 mm，每次焊接可焊4 mm深，因此拼接下盖板时需采用多次焊接的方法。首先将需要拼接的两块下盖板预制5 mm的反变形，两拼接板之间留出3 mm缝隙，然后再下盖板两侧增加引弧板和收弧板，然后将焊道附近进行预热，达到要求后，接下来进行第一次焊接，焊接完成后用砂轮将飞溅清理掉并将焊道磨平，然后再进行第二次焊接，清理飞溅，磨平。再重复上述操作两次，当焊道厚度达到12 mm左右后将其翻转，此时会发现拼接板已经发生反方向变形，接下来进行另一侧的焊接，所产生变形如同之前的反变形。在另一侧焊接之前先要用砂轮进行打磨，然后进行焊接，该侧焊接三次后将其翻转焊接另一侧，然后再翻转重复焊接两次后翻转焊接。

2.5中梁组焊焊接变形控制

在中梁组焊过程中会产生几种整体焊接变形［1］，分别为沿中梁长度方向的纵向收缩变形，沿水平方向的横向弯曲变形以及沿竖直方向的垂直弯曲变形。除此之外还有一些局部变形例如上盖板侧边下垂等。

图2为中梁鱼腹处横截面（配重与中梁间无焊缝，故省略），从图中标注出中梁的主要焊缝。

图2　箱形中梁主要焊缝分布（鱼腹处截面）

2.5.1纵向收缩变形

导致中梁长度纵向收缩的主要原因有两点：（1）上下盖板及腹板拼接时，组对间隙导致的焊接收缩量变化，在一定范围内拼接组对间隙越大则焊后收缩量也越大，若无间隙，则焊后收缩量在2 mm～4 mm之间；（2）中梁组对时纵向长焊缝导致的收缩变形，例如腹板与上、下盖板间的通长角焊缝（图3中的焊缝1、3、4）。除以上两点外，一些横向的焊缝产生的横向收缩也对纵向长度变化稍有影响。

一般来讲，防止纵向收缩造成的尺寸误差的方法就是腹板及上下盖板工艺加长，保证中梁焊后长度，尺寸加长量根据纵向焊接收缩量以及拼接收缩量来确定。

2.5.2横向弯曲变形

中梁焊缝相对于中梁截面中心线左右对称，理论上不会引起中梁水平方向的弯曲，但对称焊缝若不同时焊接，则会由于焊接先后而改变中梁截面重心位置以及焊缝相对于截面中心的对称性，从而造成水平方向的弯曲变形。

为防止水平方向的弯曲，中梁对称焊缝尽量同时对称施焊，不能同时施焊时则采用逆向分段焊来矫正。

2.5.3垂直弯曲变形

T33型特种平车所采用的箱形中梁在鱼腹处配有6块重近两吨的配重，这十一吨左右的配重会给予中梁垂直方向向下的变形趋势，也就是会减小挠度。另一方面，鱼腹式箱形中梁下部的焊缝要多于上部焊缝，由图2可以明显看出，焊缝3、4、5位于中梁横断面中心的下方，会引起中梁垂直方向向上的变形，焊缝1位于中梁横断面中心的上方，会引起中梁垂直方向向下的变形，而焊缝2和焊缝6造成垂直变形的效果相对于上面几条纵向长焊缝来讲可以忽略不计。

可以通过选择合适的焊接顺序和焊接方法来控制弯曲方向和数值。中梁装配焊接遵循先内后外原则，在增加内部刚度的情况下使得焊接变形减到最小。中梁内部施焊顺序为先焊隔板与下盖板间横焊缝（焊缝5）；然后将中梁侧倾放倒，焊接隔板与腹板间焊缝（焊缝2），这样便将两腹板连成一个整体，提高刚度，抑制焊缝4引起的焊接变形；最后将中梁回正焊接腹板与下盖板间焊缝（焊缝4）。中梁外部施焊顺序为先焊腹板与下盖板间外侧焊缝（焊缝3），要同时对称施焊；在放入配重并焊接好挡板将配重固定以后，组对点固上盖板；将中梁翻转180°，同时对称焊接上盖板与腹板之间的焊缝（焊缝1）。

按照技术要求，应使中梁心盘中心间产生45 mm±5 mm上挠度，为防止装上配重后配重对中梁产生的垂直下压力降低中梁挠度，在装配重之前可以将挠度顶至55 mm.

2.5.4局部变形

T33型特种平车上盖板厚度20 mm，下盖板厚度40 mm，由于下盖板厚度较厚，不易焊接变形，所以影响中梁质量的主要局部变形为腹板与上盖板间焊缝引起的上盖板边缘下垂变形。为了防止这种变形的发生，目前采用的最有效的方式是中梁上盖板下料时进行焊前反变形，即将上盖板边缘反向压制微小上翘。上盖板边缘距腹板外侧距离为58 mm±1 mm，预制反变形为2 mm～3 mm，由于在焊接完成后该类变形的调整难度非常大，所以要着重注意预制反变形时的精度。

3　焊接工艺参数确定

中梁制造过程中需要进行大量焊接，而焊接变形是生产过程中必须要解决的一大难题。在焊后进行火焰加热矫正属于次要手段，主要还是依靠制定合理的焊接方法及焊接参数以保证焊接变形尽可能小。

不同的钢种焊接时需配合不同的焊接材料，本文研究的箱形中梁的下盖板采用Q345E型钢，上盖板及腹板采用Q450NQRI型钢，具体的焊接材料匹配情况见表1.

表1　接头钢材材质与焊接材料匹配表

所有板材对接的焊缝接头应设置引弧板和收弧板。对接焊缝要保证焊缝两侧边缘各覆盖母材2 mm～4 mm，焊缝余高要控制不高于3 mm.对接焊缝除打底和盖面层以外，允许用风铲击打焊缝以释放应力，但击打时应避免将高压风中的油和水带入焊接区。焊接时工作场地的温度不应低于5℃.

中梁上盖板及中梁腹板拼接时，按照表1所示，采用直径1.2 mm的TH550-NQ-II焊丝，保护气体为80%CO2+20%Ar，焊接电流240 A～280 A，焊接电压26 V～30 V.焊接层间温度控制在100℃～200℃，每层焊缝厚度为3 mm～4 mm.

中梁下盖板拼接采用直径1.2 mm的SM-70焊丝，保护气体为80%CO2+20%Ar，焊接电流240 A ～280 A，焊接电压26 V～30 V.由于下盖板厚度较大，在焊前需预制4°～5°的反变形，焊接层间温度控制在100℃～200℃，每层焊缝厚度为3 mm～4 mm，每条焊缝大约为5～7层。

中梁组焊时，当焊接腹板与下盖板间焊缝时（图2中焊缝3、4）焊接参数与下盖板拼接时所采用参数一致；当焊接上盖板与腹板间焊缝时（图2中焊缝1）焊接参数与上盖板及中梁腹板拼接时采用的参数一致。

4　结束语

通过对焊接反变形的研究和选择合理的焊接方法与相应的焊接参数，实际生产出的T33型特种平车箱形中梁各项指标符合均技术要求。文中的研究可为同类型其他产品借鉴。

［1］李全胜.铁路货车箱型中梁制造工艺［J］.机车车辆工艺，2009，（2）：27-28.

TheApplicationandSnalysisofEeldingProcessofTypeT33SpecialFlatWagonBoxCenterSill

LIAO Yang
（Qigihar Zhongche Vehicle Co.，Ltd.，Qigihar Heilongjiang 161002，China）

In this paper，according to the characteristics of the type T33 special flat wagon box center sill，in the process of welding encountered some welding difficulties are analyzed formulate a corresponding welding process，which can effectively guarantee the product quality.

box center sill；thick plate welding；welding deformation

U273

A

1672-545X（2016）07-0125-03

2016-04-05

廖阳（1984-），男，辽宁沈阳人，学士，工程师，从事铁路车辆工艺研究管理工作。