Mechanical & Chemical Engineering
252《华东科技》
贺万星，贾罗园，白代文，蒋 帅，蒋 勇
105数字商城（中车眉山车辆有限公司，四川 眉山 620010）
摘要：铁路货车钢箱梁普遍为全焊结构，并且板厚相对较薄，极易出现焊接变形现象，影响货车制造质量。基于此，本文将以钢箱梁构件焊接特点为切入点，简单分析如何有效控制钢箱梁构件焊接变形。
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关键词：钢箱梁；构件；焊接变形；控制措施
随着铁路货车迅速发展，箱型结构广泛应用于货车中梁制造中，但由于铁路货车载重吨位较高，钢箱梁受力较为复杂，钢箱梁构件焊接质量等级要求较高。为保证焊接质量，如何有效控制钢箱梁构件焊接变形问题已成为铁路货车制造难题。 1 钢箱梁构件焊接概述 钢箱梁一般由顶板单元、底板单元、腹板单元、横隔板单元、纵隔板单元以及加劲肋等部件通过焊接方式连接而成，在钢箱梁焊接过程中，各构件经常会因不均匀温度作用发生形状及尺寸变化，此称为焊接变形；随温度变化而发生形状变化的变形，
称为焊接瞬时变形；发生于焊接温度冷却至初始温度的变形，称为焊接残余变形。 焊接变形与诸多工艺因素息息相关，其中，焊接线能量最为关键，与焊接变形呈正比例关系变化。焊接变形主要受焊接热输入影响，因焊缝熔池结晶或局部材料内应力分布不均形成。所以，控制焊缝及其周围内应力分布是控制焊接变形的关键点。 2 钢箱梁构件焊接变形控制措施 铁路货车钢箱梁构件焊接过程中最常见的焊接变形主要包括：焊缝收缩变形、角变形、扭曲变形及波浪变形。 2.1 焊缝收缩变形产生原因及控制措施 2.1.1 焊缝收缩变形产生原因 焊缝焊接时，熔池会由液态凝固结晶转化为固态，这一过程会产生横向收缩与纵向收缩现象，是导致焊缝收缩变形的主要原因。焊缝收缩变形现象，在钢板荒料对接或构件接长过程中表现最为明显，收缩变形程度会随着焊接工作量的增加而增加。同时，焊接收缩变形在厚板对接焊接中的收缩量要高于薄板对接焊接，并且焊缝焊接过程中，横向收缩量要高于纵向收缩量。焊缝焊接过程中必然存在热胀冷缩反应，所以焊缝焊接变形是无法避免，只能在钢箱梁构件焊接过程中，采取控制措施，尽量减少焊接变形。 2.1.2 焊缝收缩变形控制措施 强制焊及增加收缩余量，是目前最常使用，也是最为有效的控制焊缝收缩变形方法。采用强制焊控制收缩变形时，需应用配套工装卡具，将焊件固定在刚性基础上，利用强大的焊应接力，保证焊件在焊接时无法移动，在焊接完全冷却后，脱离刚性卡具的焊件，仍会产生较小变形。钢箱梁的顶底板腹板等零部件，适宜采用增加收缩余量控制方式，减少接长过程中的变形现象。这种控制方式可以使焊件处于自由状态下，最大程度减少变形收缩量。另外，在焊接完成后，还需进行二次修整，确保零部件的几何尺寸符合制造要求。 2.2 角变形产生原因及控制措施 2.2.1 角变形产生原因 钢箱梁构件接长对接过程中，焊接的一
wap网站开发面会因温度高而出现受热膨胀现象，而未焊接的一面，会因温度低，膨胀幅度小，甚至不膨胀，从而出现横向压缩性变形。这种现象会导致钢箱梁构件在冷却时出现焊接一面收缩量大，未焊接一面收缩量小问题，从而导致连接件角度发生变化，形成角变形。 2.2.2 角变形控制措施 反变形法是控制角变形的常用方法，焊后矫正法是控制顶底板及腹板焊接变形的主要方法，而翻身法则常用于构件接长对接变形控制中。角变形，是通过对变形尺寸进行估计，提前在变形相反方向预置变形量，使焊接变形后得到平直构件；焊后矫正法，是指利用火焰反面矫正焊接后的构件；翻身法，是指根据焊接构件厚度等因素，采用多次翻身方式进行焊接，控制角变形。 2.3 扭曲变形产生原因及控制措施 2.3.1 扭曲变形产生原因 钢箱梁构件焊接过程中，由于箱梁四条主棱角的焊缝收缩量不同，会导致钢箱梁顶底面板及两腹板侧面收缩量出现差异，从而使钢箱梁出现扭曲变形。 2.3.2 扭曲变形控制措施
清肺排毒颗粒的功效与作用（1）焊接顺序。控制钢箱梁扭曲变形的关键是保证钢箱梁主棱角焊缝对称收缩，在焊接过程中，应合理安排焊接顺序，确保每条主棱角焊缝时间间隔适宜，避免先焊接的变形收缩量无法与后焊接的变形收缩量互相抵消，同时焊接过程中应尽量采用多层多道、对称施焊法。 （2）刚性胎架。利用刚性胎架固定钢箱梁构件，确保构件形状
尺寸，在焊接后去除固定件，尽量减少扭曲变形。 （3）火焰矫正法。与控制角变形相同，火焰矫正法主要是根据扭曲变形方向，利用火焰在反方向进行自上而下的直线矫正，火焰矫正过程中，火焰矫正位置应与箱体成45°夹角，同时还需注意控制火焰矫正温度。
2.4 波浪变形产生原因及控制措施 2.4.1 波浪变形产生原因 在焊接过程中，薄板会因为压应力与内应力作用失稳，发生波浪变形，焊接压应力越大，则越易发生波浪变形。其中，钢箱梁顶
板构件较薄，更容易因焊缝横向收缩与纵向收缩作用，出现边缘波浪变形。 2.4.2 波浪变形控制措施 （1）刚性固定法。刚性固定法主要应用于钢箱梁顶底板等薄板构件的焊接过程中，主要是利用夹具与工装，强制固定钢箱梁焊接构件，在钢箱梁焊接构件冷却至室温24小时后，撤出刚性固定工装，避免构件在焊接过程中出现较大波浪变形。。 （2）焊接顺序。遵循先长后短、先主后次的焊接原则，在焊接过程中，优先进行长缝焊接作业，之后进行短缝焊接作业；优先进
内作
行主焊缝焊接作业，之后再进行次焊缝焊接作业，避免因焊缝不对称导致波浪变形。 （3）控制热输入。钢箱梁构件焊接过程中，作用于焊接区域的热量是导致焊接变形的关键原因，因此，严格控制焊前、焊时及焊后的热输入，是减小焊接变形的有效措施。在焊前预热环节中，必须严格遵循操作要求对焊接区域进行预热，尤其是在环境温度低于5℃及湿度大于80%时，以此降低焊接裂纹发生可能性，同时也均衡焊缝区域的冷却速度，减小焊接变形；在焊接过程中，应严格按照焊接参数作业，采用多层多道方法，控制焊接线能量，防止因焊线能量出现过大焊接变形；在焊接之后，应采用石棉垫等保温材料对
中厚板焊缝及热影响区进行保温处理，避免因焊接应力出现过大焊接变形。 3 结语 总而言之，以上所
述变形控制措施，可以切实有效改善钢箱梁构件焊接变形问题，对铁路货车制造具有重要意义。但在实际实施过程中，需工作人员结合实际作业情况，严格按照作业标准执行，
以确保所采用控制措施可以有效解决相应焊接变形问题。 参考文献： [1]侯桥.大型钢箱梁的焊接工艺及变形控制探析[J].建材与装饰,2019 (18):200-201. [2]王勋，杜江波，杜伸云.钢箱梁构件焊接变形控制探讨[J].交通世界, 2020(Z1):110-112. [3]柴磊.钢箱梁制造变形控制方法[J].施工技术,2015(S2):195-198.
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