L69-AUS澳大利亚粮食漏斗车顶盖焊接工艺分析

摘要：本文根据L69-AUS澳大利亚粮食漏斗车的顶盖组成的材料和结构特点，分析了顶盖工艺流程中的重难点，对顶盖焊接过程进行分析，从控制热输入、确定合理焊接顺序、强制焊和预置反变形等方面提出了相应的工艺措施，最终将顶盖的焊接变形控制在规定的范围内。

关键词：顶盖组成；焊接；焊接变形

L69-AUS澳大利亚粮食漏斗车是一种适用于在澳大利亚铁路系统1435 mm轨距线路运营，用于装运散粒粮食。该车由车体、控制系统、制动系统、车钩缓冲装置和转向架组成。车体由底架、漏斗、底门、侧墙、端墙、车顶、顶盖开闭机构装配、制动系统附属件等组成。顶盖开闭机构装配采用四连杆机构，由顶盖组成、传动轴装配、连杆组成、双作用气缸等组成。其中顶盖组成对于车体的密封性起着决定性的作用。由于顶盖主要由薄板组成，使得组对和焊接的难度较大，并且容易产生变形，如何控制顶盖的产品质量是一个非常重要的问题。

1 顶盖组成结构分析

顶盖主要由顶盖板、横梁、纵向梁、顶盖支座组装、顶盖端板、纵向定位档等组成。其中顶盖板有四种类型，纵向梁采用C型折压构件，横梁采用帽形折压构件。详情见图1-1。

如图所示，顶盖的主体由6块顶盖板组成包括1块顶盖板（1）L=2831、1块顶盖板（1）L=2529、两块顶盖板（2）L=2000、两块顶盖板（2）L=2490；其次顶盖还包括1根纵向梁、7个横梁组成、2个纵向定位档、4个顶盖端板、9个顶盖支座组装。

主要技术要求：顶盖组成的长度为14340mm。顶盖组成中顶盖板与密封区域内纵向方向的平面度不大于5mm/m，且全长范围内不大于8mm。纵向梁组成旁弯不大于5mm/m，且全长范围内不大于8mm；挠度不大于5mm/m，且全长范围内不大于8mm。顶盖支座同轴度不大于0.14mm。

2 工艺分析

2.1 顶盖组焊工艺流程

先将顶盖板按图样顺序靠档定位，靠紧并点固；接着组对纵向梁并点固；划线组对顶盖横梁组成；组对吊耳与锁闭杆组成；焊接正面焊缝；通过吊具翻转180°；组对顶盖支座；组对顶盖端板；焊接相关焊缝；最后进行顶盖矫正。

2.2 工艺重难点确定

顶盖组成通过顶盖板的下表面与车顶装货口的密封条压紧从而实现密封，所以需保证顶盖板与密封条接触区域的平面度，不能产生过大的变形，否则无法达到密封效果；其次为了使顶盖能够正常闭合，也要保证与传动装置相配合的顶盖支座的同轴度，顶盖支座的组对是以顶盖侧边为基准的，因此顶盖的旁弯不宜过大，过大会造成顶盖支座的同轴度尺寸出现偏差，使顶盖无法正常开闭。顶盖组成为组焊结构，采用2.3mm的薄板，薄板在焊接过程中会造成较大焊接变形，而如何控制顶盖组成的焊接变形是制造过程中最大的难点。

3 焊接分析

3.1 母材成分分析

顶盖板采用的是Q345NQR2高强度耐候钢，是介于普碳钢和不锈钢之间的低合金钢，通过添加少量的合金元素如Cu、P、Cr、Ni等，使其在金属基体表面上形成保护层，以提高耐大气腐蚀性能的钢。

Q345NQR2的碳当量较普通耐候钢更高，焊接热影响区组织与性能的变化对焊接热输入较敏感，热影响区淬硬倾向大，有较大冷裂纹倾向。

3.2 焊接变形分析

该顶盖板的焊接变形主要包括弯曲变形、角变形和扭曲变形。

（1）弯曲变形

顶盖的主体结构主要是由顶盖板、纵向梁和顶盖横梁组成构成的。由于纵向梁只有一根且位于顶盖的一位侧，二位侧没有部件，所以一位侧焊接所产生的热输入要远大于二位侧，变形产生的应力也要大于二位侧。所以当顶盖进行焊接时会出现向一边的弯曲变形。

（2）角变形

顶盖各板之间的拼接焊缝为对接的形式，焊接过程中在不加以控制的情况下会出现明显的角变形。角变形产生的根本原因是由于焊缝的横向收缩沿板厚分布不均匀所致。角变形量的大小和板厚及焊道数量成正比，因为板厚较小所以变形比较小。

纵向梁、顶盖横梁组成与顶盖板之间的焊缝采用的焊接接头形式为T形接头。在这种热输入情况下，盖板会产生明显的角变形，变形量和焊脚大小成正比，和板厚成反比。底板越厚抵抗变形的能力越大，但顶盖盖板采用的是厚度为2.3mm的薄板，对于焊接变形的抵抗能力较小。

（3）扭曲变形

当焊接顺序不当的时候还会产生扭曲变形。产生扭曲变形的原因主要是焊缝的角变形沿焊缝长度方向分布不均匀。如在相邻焊缝采用对向焊接则会产生明显的扭曲变形，这主要是角变形沿焊缝长度逐渐增大的结果。

3.3 焊接变形影响

（1）顶盖板的对接焊缝产生角变形，导致盖板平面度不满足设计要求，造成顶盖板的下表面与车顶装货口的密封条的接触不紧密，降低了顶盖板的密封性能。

（2）当焊接顺序不当的时候还会产生扭曲变形，会造成顶盖旁弯、挠度超出设计要求范围内，增加了矫正的工作量，影响工作效率。

（3）顶盖支座组成的组装是以顶盖侧边为基准进行的，如果焊接变形过大造成顶盖板的旁弯超出设计要求，会使顶盖支座组成的组对精度受到影响，无法保证其同轴度。最终会使得顶盖传动机构难以装配，或者会使顶盖无法进行正常的开闭过程。

4 焊接变形的控制及矫正

4.1 焊接热输入的控制

为了控制焊接热输入的大小，顶盖板间的拼接焊缝并没有采用全焊缝而改为使用断焊缝，顶盖板与顶盖端板间的角焊缝只进行了部分焊接。

其次在进行焊接时，使用小电流进行焊接，以此来减小焊接时的热输入。这样在保证结构强度符合设计要求的前提下，减小了焊接热影响范围的区域，控制了焊接变形。

4.2 预制焊接反变形量及强制焊

在进行正面焊接过程中，在正面焊接前增加旁弯预制变形量30-40mm。其次，在组对完成后使用工装卡具，将顶盖组成进行固定卡紧，保证其在焊接过程中不会产生太大的变形。

4.3 焊接顺序控制

为减小顶盖板的焊接变形，在正反面焊接时采用合理的焊接顺序。

顶盖正面焊接顺序：将各个部件点固之后，先焊接各顶盖板侧面的拼接焊缝，然后焊接顶盖横梁与顶盖板之间的焊缝，再焊接纵向梁与顶盖板之间的焊缝，最后焊接吊耳、锁闭杆与纵向梁间的焊缝。

顶盖反面焊接顺序：先组对顶盖支座再进行点固，然后焊接顶盖支座组成与顶盖板之间的焊缝，再焊接焊接顶盖端板（1）、（2）与顶盖板之间的焊缝，最后焊接各顶盖板之间的反面对接焊缝。

5 结论

在实际生产过程中，通过本文介绍的变形控制工艺，有效的解决了该出口车型的顶盖组成在焊接变形控制中的难题，在确保焊接质量的同时提高了生产效率，使L69-AUS澳大利亚粮食漏斗车的生产任务能够顺利完成。

参考文献

[1]兆文忠等.焊接结构抗疲劳设计理论与方法[M].北京：机械工业出版社2017.

[2]伍鸿斌等.铁路货车转向架交叉杆焊接工艺优化[J].眉车科技.2017（3）：27-28.