CI柜体焊接变形控制.docx

1、CI柜体焊接变形控制目录摘要1绪论2一、CI柜体焊接变形产生的原因2二、焊件的残余变形和应力的危害性3三、影响CI柜体结构变形的主要因素及变形的种类33.1影响CI柜体结构变形的主要因素33.2焊接变形的种类33.3焊接工艺对焊缝收缩量的影响3四、防止焊接变形的方法44.1反变形法44.2利用装配和焊接顺序来控制变形采用合理的装配和焊接顺序来减小变形54.3添加辅助版或夹具：54.4刚性固定法64.5正确的焊接顺序刚性固定法8五、CI柜体柜体制作时对于变形的处理9六、结论13CI柜体焊接变形与应对措施摘要：CI柜体在生产制造时会产生变形，这在很大程度上增加了后续调修量，浪费了很多工时，严重时会

2、导致生产进度延期。为了进一步解决CI柜体焊接变形，通过对焊接变形的影响因素进行分析，提出了防止CI柜体的过量焊接变形的方法及焊接顺序制定原则。对今后CI柜体的焊接起到了一定的参考作用。关键词：柜体板料； 焊接变形；焊接顺序；矫正AbstractCI Cabinet body will have the distortion when manufacturing。This would be wasting much time and great extent increasing the following accent to repair the quantity, cause the pro

3、duction schedule extension when serious .For solves the problem of cabinet body welding deformation, through analysis the Influencing factor of welding deformation, proposes the method of Cabinet body excessive welding deformation and Welding course principle. they play certain reference role to CI

4、Cabinet body welding.Key words: Cabinet body sheet; Welding deformation; Welding course; Correction绪论：随着我国经济的迅速增长，高速铁路的发展已是大势所趋。开发制造铝合金动车组项目已经作为国家“十一五” 的重点规划项目。近年来，北车集团的几家大型客车制造企业先后与国外知名企业合作，共同生产时速达到200 km/h以上的铝合金高速动车组。青岛四方与庞巴迪公司合作生产的时速200 km/h动车组已经开始在沪杭线上运行：长客与阿尔斯通公司合作生产的时速200 kmh动车组也已经在京哈线上运行：唐车与西

5、门子公司合作生产的时速300 km/h动车组正在制造中。铝合金动车组的出现已经成为国家铁路第六次大提速的主导力量，标志着中国铁路已经迈进了高速铁路时代。时代在向前发展，随着车速越来越快，CI柜体的质量要求也越来越高，对于生产这样一个要求严格的铝合金框架结构，便需要我们找出利于柜体焊接后尺寸精度的控制与生产效率的保证的方法。一、CI柜体焊接变形产生的原因铝合金在焊接过程中不均匀的加热使得焊缝及其附近的温度很高，冷却后，焊缝就产生了不同程度的收缩和内应力(纵向内应力和横向内应力)，致使焊接结构产生各种变形。由于铝的热导率是钢的3倍。因此铝合金焊接变形的控制要比碳钢结构难度大。铝合金内部发生晶粒组织

6、的转变所引起的体积变化也可能引起焊件的变形，这是铝合金框架结构在焊接后容易产生变形的根本原因。二、焊件的残余变形和应力的危害性在一般铝合金焊接结构中，残余变形的危害性比残余应力大得多，它使焊接部件的尺寸改变而无法组装，使整个构件丧失稳定性而不能承受载荷，使产品质量大大降低。而矫正却要消耗大量的人力和物力，有时甚至会导致产品报废。同时焊接裂纹的产生往往也和焊接残余变形和应力有着密切的关系。因此。在制造CI柜体这样运行于高速列车底部的铝合金焊接结构时。必须充分了解焊接时内应力发生的机理和焊后决定工件变形的基本规律， 以避免因应力造成的危害。三、影响CI柜体结构变形的主要因素及变形的种类31影响CI

7、柜体变形的主要因素有：焊缝在结构中的位置；结构刚性的大小；装配和焊接顺序；焊接工艺参数的选择。32焊接变形的种类有：纵向收缩和横向收缩、角变形、波浪变形：扭曲变形。33焊接工艺对焊缝收缩量的影响：焊接铝合金长焊缝时，一般在焊前沿焊缝进行点固焊。此外装配质量、工装精度以及焊接预留量对焊接变形也会产生影响。对于吊耳焊接（10mm厚铝型材）时，焊前需要进行预热，以避免出现焊接裂纹，一般预热温度在100至120左右。除了要有高精度、卡紧力强的工装保证工件焊后尺寸合格之外，柜体框架在焊接之前保留1至2mm间隙，这样既保证焊接时能够焊透。同时又可以减小工件的收缩变形。通过长期柜体制备后发现，焊接工艺中影响

8、焊缝收缩量的因素主要有：焊缝的纵向收缩量随着焊缝长度的增加而增加；对接焊缝的横向收缩比角焊缝的横向收缩大；间断焊缝比连续焊缝的收缩量小；多层焊时，第1层引起的收缩量最大，以后各层逐渐减小。因此，在打底焊时，对接焊缝v形坡口的间隙要留得稍大些；在夹具固定条件下的焊接收缩量比没有夹具固定的焊接收缩量小，约减40一70。四、防止焊接变形的方法通过以上的分析。基本了解了柜体焊接变形的产生原因及变形的种类，针对焊接变形的原因和种类从焊接工艺上进行改进，可以有效防止和减小焊接变形所带来的危害。以下主要介绍几种常见的控制焊接变形的方法。41反变形法在焊前进行装配时，预置反方向的变形量以抵消(补偿)焊接变形，

9、柜体顶部、底部因装配差异收缩量不同。如图1图 1 ：CI柜体吊耳侧组焊放量图（括号内尺寸为放量后） CI柜体分为14个腔体，每个腔体收缩量都有所不同，通过对每个腔体的尺寸进行放量，解决在柜体组焊时减少因未放量而产生的变形问题。42利用装配和焊接顺序来控制变形采用合理的装配和焊接顺序来减小变形，这在生产实践中是行之有效的好办法。在实际柜体焊接生产中有许多结构截面形状对称，焊缝布置也对称，但焊后却发生弯曲或扭曲变形，这主要是装配和焊接顺序不合理引起的，也就是各条焊缝引起的变形未能相互抵消， 以致发生变形。43添加辅助版或夹具：CI柜体组焊时，板材极易形成波浪形变形，所以在组焊时，在侧板上安装辅助板

10、，并点焊使其固定，防止其变形。在安装型材框时，为使板材与型材贴合紧密，也采用夹具将矩形钢与型材框架夹紧后点焊固定。如图2 图2 ：夹具与辅助版的使用44刚性固定法刚性固定法能有效减小变形，且焊接时不必过分考虑焊接顺序。CI柜体组焊时，使用压铁对框架进行定位，如图3。图 3 ：利用压铁对柜体组件进行定位刚性固定法只能减少柜体焊接变形，焊后撤除固定后，焊件还有少许变形和较大的残余应力。如果与反变形法配合使用则效果更好。CI柜体部件尺寸较大，结构件数量多，通常采取在容易发生变形的部位临时加上一些支撑，增大工件的刚性。有效地减小焊接变形。使孔距精度满足图纸要求，如图4：图 4 ：利用撑杆保证BOSS孔

11、距符合要求45正确的焊接顺序：焊接顺序是影响焊接结构变形的主要因素之一，安排焊接顺序时应注意下列原则：451所有的焊缝必须都焊到(包括被遮盖焊缝)。452焊枪可达到的焊缝才可以被焊接。453对于有焊缝收缩现象的工件，要先焊成组装件，并在图样上标注工艺放量。454尽量让焊缝无拘束收缩，焊接方向由内向外，由中间向两端。455对接焊缝先于角焊缝焊接。456y形坡口不允许有间隙，先焊y形坡口，再焊v形坡口。457对于长焊缝，尽量采用对称焊接，需要2名焊工从两侧同时对称施焊。这样可以使由各焊缝所引起的变形相互抵消一部分。也可以采用对角线焊法或从中间向两边焊。458对于双面焊。焊接顺序以根部清理难易为依据

12、，后焊的一侧应便于前道焊缝的根部清理。459尽量避免工件的不必要的多次翻转。4510先焊接截面较大的焊缝，再焊接截面较小的焊缝。4511对某些焊缝布置不对称的结构，应该先焊接焊缝少的一侧。4512先焊短焊缝，后焊长焊缝；先焊横焊缝，后焊纵焊缝。4513当存在焊接应力时，先焊拉应力区，后焊剪应力和压应力区。4514位于构件刚性最大的部位最后焊接(尽可能使构件能够自由收缩)。4515对于应力容易集中的焊缝，焊后用力锤击也能减少焊缝应力集中。五、CI柜体柜体制作时对于变形的处理1、对于CI柜体的铝合金板材变形后采取的校正措施有：火焰矫正、机械矫正、手工矫正。：金属和构件虽然由于各种原因产生不同形式的

13、变形，但无论哪一种变形，都是由于金属材料各个部分存在不同的残余应力。其中一部分纤维较长，收到周围的压缩，一部分纤维较短，受到周围的拉伸。矫正的目的，就是通过施加外力或者局部加热，使较长的纤维缩短，较短的纤维伸长，最终使各层纤维趋于一致，达到矫正变形的目的。实际上，任何矫正的过程都是造成新的方向相反的变形以抵消金属或者构件原有的变形。矫正的方法有很多，根据矫正时的温度分冷矫正和热矫正两种。冷矫正时在常温下进行的矫正。通过锤击延展等手段进行的冷矫正将引起冷作硬化，并消耗材料的塑性储备，所以，只适用于塑性较好的金属材料（例如大部分CI柜体的板料）。根据矫正时力的来源和性质分机械矫正、手工矫正、火焰矫

14、正和高频热点矫正。对于CI柜体来说，本事业部采用的机械矫正的机床为液压机。手工矫正是使用大锤、手锤、扳手、虎钳等简单工具，通过锤击、拍打、扳扭等手工操作，矫正小尺寸工件的变形。火焰矫正的高频热点矫正的矫正力则来自金属局部加热时的热塑压缩变形。矫正变形的各种方法都经常结合使用，例如，在火焰矫正的同时对共建施加外力，在机械矫正时用火焰进行局部加热活在机械矫正之后辅以手工矫正。都可以取得较好的矫正效果。液压机矫正：铝合金型材、焊接梁的弯曲或者扭曲变形可在液压机上矫正。操作时根据工件尺寸和变形情况考虑工件和垫板的合适位置，有时还需按型材形状放衬垫，使工件受力合理。柜体板材若存在较大变形，矫正时，使板料

15、的凸起面朝上，并用衬垫在凹面两侧支撑，使变形部分在强力作用下发生塑性变形，以达到矫正的目的，如图1所示。在对板凸起处施压时，要顶过少许，使板材略呈反变形，以备除去压力后板材回弹。当工件受力点下面空间高度较大时，应放上衬垫，衬垫厚度要低于支撑点的高度。若板料间存在两种变形时，应先矫正扭曲变形，后矫正弯曲变形。改变衬垫和施压的位置即可矫正板的各种变形，如图5。图 5 ： 在液压机上矫正手工矫正：CI柜体生产时，对于小尺寸的板材、型材、零件和构件最常用的便是手工矫正。手工矫正最为常见的是使用大锤或树枝锤锤击工件的某些部位，（注：在使用大锤对吊耳进行调校时，应在锤击面铺上几层棉布以减小铁锤对吊耳的冲击

16、作用，防止因锤击造成的变形。）使该处金属延展，纤维伸长，达到矫正的目的。薄板中间凸起俗称“鼓包”，这时由于板材四周紧、中间松造成的，矫正时可由凸起处的边缘开始向四周锤击，越接近板边，锤击密度越大，锤击力越重，使各部分材料得到不同程度的伸长，使凸起变形消除，如图6。图 6 ： 薄板的手工矫正火焰矫正：火焰矫正时，要对变形板材或构件上伸长部分的金属进行有规则的火焰集中加热，并到达一定的温度。冷却后，该部分金属就获得不可逆的压缩塑性变形，使变形工件得到矫正。所以火焰矫正是利用金属局部加热后所产生的变形抵消原来变形而达到矫正的目的。本事业部生产CI柜体时长使用到急冷热矫正，将板材表面温度迅速烤火至70

17、0至800，待板材表面形成“鼓包”后用水冷却。板材会因为这样的温度急速下降产生收缩，并在内部产生拉应力。以解决柜体上隔板焊接后产生的扭曲、弯曲变形。2、组装：在柜体组焊平台上划线（划线尺寸依照柜体放量后的尺寸），将柜体框架在组焊平台上用压铁定位，依据CI柜体组焊装配顺序指导书将各组装部件进行定位再点焊固定，焊接时采取焊接方向由内向外，由中间向两端。这样可以使由各焊缝所引起的变形相互抵消一部分。3、调平（1调）：对组焊后的柜体尺寸进行核对，利用机械矫正、手工矫正、火焰矫正法对超出部分尺寸进行调整，主要内容为调平柜体框架板材以及吊耳侧的平面度，保证其在公差允许范围内。4、吊耳焊接：参照吊耳放量图装

18、配柜体吊耳，焊接吊耳时只有具有资质的操作工才能进行吊耳焊接。并且焊接操作参照WPS文件焊前进行预热、多层多道焊时要用钢丝刷对焊缝进行清理。各个吊耳之间需遵照吊耳放量图进行焊前定位。5、调平（2调）：吊耳面的平面度为（2mm以内），对超差部分的吊耳利用机械矫正与手工矫正结合的方法调整超差尺寸吊耳。对吊耳进行手工矫正时，需在锤击面上垫上几层棉布，防止吊耳因撞击而产生的损伤。6、后焊件：根据CI柜体焊接装配顺序指导书将各后装件组焊到柜体各个腔体之中，部分后装件组装时，需要组焊模板进行定位。7、调平（3调）：对超差部分进行调整，使柜体生产图纸中要求的平面度尺寸要求如表1。表一长度公差1mm以上、300mm以下0.5300mm以上、500mm以下1.5500mm以上、1000mm以下2.51000mm以上、3000mm以下3.0六、 结论CI柜体的焊接变形十分难控制，制定合理的焊接工艺文件如：焊接顺序、焊缝布局、焊接参数等尤为重要。通过介绍CI柜体结构焊接变形产生原因及影响因素。归纳了控制柜体变形的方法及制定焊接顺序的原则，以便在以后的生产中有效地控制CI柜体的焊接变形，减少因柜体变形而浪费的时间与人力避免柜体的报废。