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摘 要：以车体25B型车为分析对象，探讨车厢焊接变形矫正工艺的应用要点。介绍车厢焊接原理与技术参数，总结导致车厢焊接变形的根本原因，提出调整焊接工序、创新生产方式、多元化矫正工艺三点建议，克服车厢在焊接环节变形的问题，旨在提高焊接矫正水平。
关键词：车厢焊接;变形矫正;冷矫正;热矫正
针对车厢焊接变形作为研究对象，分析发现焊接过程是一个涉及到多学科的复杂变化，在实际的生产中会产生各种不可预测的变形。由于车厢与焊缝尺寸很大，计算量也就十分庞大，对整个车厢的焊接分析以现有的计算机水平还不能满足计算要求。因此本文选取车体25B型车，分析车厢焊接变形矫正工艺的应用。
1车厢焊接与矫正
1.1车厢焊接变形矫正工艺
车厢焊接变形矫正主要是分析钢结构件变形的原因，熟悉相互之间的内在联系，掌握被焊结构件的性质，选择正确的矫正部位和矫正方法（如冷矫正和热矫正），确定正确的矫正的方法和先后顺序[1]。热矫正的原理就是利用金属的塑性，采用火焰对钢结构件进行局部加热，通过热胀冷缩的原理也就是利用鋼材变形的反变形来达到矫正目的，使得钢材各层的纤维长度接近相等而平直，通过辅助外力效果更佳。
1.2车厢技术参数
焊接车厢以轨道车辆碳钢为主，车体为25B型车，技术参数热如下：车体长度：25500mm;车体宽度：3105mm;车体最大高度（距离轨面）：4433mm;转向架中心距：18000mm;边梁上平面距轨面高度：1173mm;车钩中心线距轨面高度为880mm。车厢焊接基本要求如下：车体外形应满足GB146.1中的机车车辆限界，车体图样中规定的所有焊缝需按图纸要求进行试漏试验或PT检验。
2车厢焊接变形原因
从整体来讲，主要分为两种情况：一种是受外力作用引起的变形;另一种是受内力作用而引起的变形。对于受外力作用引起的变形情况，主要指钢结构件在制作完成后，在吊装、运输以及安装过程中由于碰撞产生的变形，这些变形都是永久变形，属于塑性变形。对于受内力作用引起的变形情况，主要指钢结构件因焊接而产生的内应力，因为焊接对于钢结构件来说，是一种不均匀的加热和冷却的过程，是造成各部件之间产生内应力而引起变形的主要原因[2]。
焊接时加热是通过移动的高温电弧热源进行的，因此焊缝周围的金属及焊缝温度极高，金属受热后发生膨胀，而周围金属没有发生膨胀，相当于刚性固定。于是受热金属的膨胀收缩受到了阻碍就产生了压缩塑性变形。而焊接冷却后的金属及焊缝，由于收缩变形而变短，此时又受到周围未受热的金属的限制，导致被焊后的钢结构件产生内应力，由此造成一定程度的变形。变形主要表现在两个方向：纵向收缩和横向收缩。纵向收缩（沿焊缝长度方向的收缩）在薄钢板焊接时表现得更加明显;而横向收缩（垂直焊缝长度方向的收缩）是钢结构件产生内应力和引起变形的主要原因[3]。无论何种形式的焊接变形，都遵从一个规律，即焊缝冷却后，在焊缝区域产生收缩，继而使被焊的钢结构件产生内应力，当被焊件自身的刚度不能克服焊缝收缩时，就会造成焊接变形。
3车厢焊接变形矫正工艺应用
3.1调整焊接工序
车底架焊接翻转胎的工作量大，同时还要作为矫正台位使用，为了控制焊接变形，减少矫正的工作量，将与之相关的车体附件和焊缝尽量前移至组装台位，尽量使用刚性固定法将立焊以及点焊固定的焊缝全部在组装台位焊接完成，可以有效缓解焊接翻转胎的生产压力，缩短作业时间。
3.2创新生产方式
车底架吊运至焊接翻转胎后，可以边焊接边矫正，取消原来的单独焊接或单独矫正作业的生产方式，这样可以节约一半组焊的时间。为了减少焊接变形，取消原来车底架竖向焊接的工序，可以保证矫正工作的顺利进行。
3.3多元化矫正工艺
3.3.1车底架矫正
吊运至焊接翻转胎，经过翻转首先拆除用于防止弯曲和扭曲变形的临时支撑，松开用于夹紧的4个螺杆，利用转胎下部四点支撑作为水平基准，并且增加端部两头以及中部共十个支撑点[4]。下部使用螺旋千斤顶调整高度，整个车底架要基本共面，有利于车厢总成时侧壁与顶盖的组装。使用拉线装置测量旁弯，每一根连接梁与边梁以及旁承梁连接处都要测量，所有数据都写在边梁上面，便于检查和矫正使用。公差控制在2～3mm，因为地板的铺设和焊接还会导致车底架宽度收缩变形，最终检查尺寸为5mm。
由于没有矫正所需的基准和横向支撑点，所以只能利用转胎4个螺杆作为基准，同时也是车底架下部的支撑点。左右螺杆之间不固定在端部头部与边梁的连接处，需要增加顶紧装置，以免受力变形。选择五吨秤砣作为支撑点，放置位置中心对准端部头部与边梁连接处（即变形最大部位），使用螺旋千斤顶横向调整控制旁弯尺寸。由于秤砣数量有限，矫正顺序必须从变形数据由大向小方向开始。
3.3.2边梁矫正
边梁规格为18号槽钢，平面度要求为每米2mm，一般由于焊接变形会导致内凹，需要采用火焰矫正法进行矫正。边梁的立面采用线状加热，加热温度在650～800℃之间，加热颜色呈樱红，加热宽度为板厚的1～2倍，深度为板厚的1/2～2/3，火焰加热时烤枪不能来回晃动，束状火焰要垂直钢板，动作要敏捷迅速。边梁的上下平面采用三角形加热法，如果变形过大，可以使用顶紧装置配合矫正，效果更佳。
矫正时使用1m刚性直尺测量，等到完全冷却之后，测量平面度，如果需要二次火焰矫正，则加热区要错开。为了缩短矫正时间，可以充分利用地板的刚性作为控制旁弯的有效手段。铺设中部地板时以第一块地板作为整车纵向中心基准的定位，所以尤为重要，需要测量边梁旁弯和平面度。而最后一块地板铺设时需要测量车底架宽度，因为风道口的组装和焊接会导致尺寸变化。
3.3.3地板矫正
端部地板需要正反两面焊接，会产生凹凸变形，平面度要求为2mm/m2，需要使用火焰矫正法进行矫正，采用点状加热法。
3.3.4侧墙矫正工艺
侧墙采用2.5mm厚的薄钢板拼接而成，与骨架组装焊接，加上整体都布满窗框，凹凸变形极为明显。由于侧墙在组焊过程中不进行矫正，车体总成后焊接变形更加严重，必须进行火焰矫正。首先使用3m钢直尺竖直测量每根立柱的之间侧墙平面度，使用顶紧装置配合烘枪矫正，采用线状加热法矫正蒙皮反面骨架，并浇水加快冷却速度。
对蒙皮平面度矫正采用蒙皮面电磁铁充电吸附，车内使用打平模板进行矫正，模板要求与内侧骨架空档相符，火焰加热温度在500～600℃之间。矫正过程中使用直尺横向测量蒙皮，防止因火焰过大造成更大的变形，导致材质发生变化，影响使用性能。矫正加热圆点直径为板厚的6～8倍，使用自制的多头烘枪进行矫正，配合喷淋枪进行快速冷却，缩短火焰矫正的时间。所有火焰矫正工作完成以后，使用木棰矫正玻璃窗框，保证周边共面，防止车厢使用过程中安装玻璃渗水。
4结束语
综上所述，车厢焊接环节可能出现变形，解决车厢焊接变形需要科学运用矫正工艺。技术人员结合车体材料与技术参数，制定矫正方案。分析导致变形的原因后，便可以采用针对性措施应对。通过多元化矫正工艺的应用，提高车厢焊接水平与质量，也为焊接变形矫正积累有价值的经验。
参考文献：
[1]张雪松，李登矗.厢板典型结构的焊接变形分析与工艺约束优化[J/OL].热加工工艺：1-6.
[2]郭雯雯，黄继强，薛龙，黄军芬，韩峰.高铁侧围铝型材构件焊接变形数值模拟[J].北京石油化工学院学报，2020，28（03）：37-42.
[3]曹传民.CA141型载货汽车车厢装焊工艺实践[J].设备管理与维修，2020（05）：112.
[4]邓姣.自卸车边板自动焊接的应用设计[J].内燃机与配件，2019（11）：12-13.
（中车四方车辆有限公司，山东 青岛 266000）
关键词：车厢焊接;变形矫正;冷矫正;热矫正
针对车厢焊接变形作为研究对象，分析发现焊接过程是一个涉及到多学科的复杂变化，在实际的生产中会产生各种不可预测的变形。由于车厢与焊缝尺寸很大，计算量也就十分庞大，对整个车厢的焊接分析以现有的计算机水平还不能满足计算要求。因此本文选取车体25B型车，分析车厢焊接变形矫正工艺的应用。
1车厢焊接与矫正
1.1车厢焊接变形矫正工艺
车厢焊接变形矫正主要是分析钢结构件变形的原因，熟悉相互之间的内在联系，掌握被焊结构件的性质，选择正确的矫正部位和矫正方法（如冷矫正和热矫正），确定正确的矫正的方法和先后顺序[1]。热矫正的原理就是利用金属的塑性，采用火焰对钢结构件进行局部加热，通过热胀冷缩的原理也就是利用鋼材变形的反变形来达到矫正目的，使得钢材各层的纤维长度接近相等而平直，通过辅助外力效果更佳。
1.2车厢技术参数
焊接车厢以轨道车辆碳钢为主，车体为25B型车，技术参数热如下：车体长度：25500mm;车体宽度：3105mm;车体最大高度（距离轨面）：4433mm;转向架中心距：18000mm;边梁上平面距轨面高度：1173mm;车钩中心线距轨面高度为880mm。车厢焊接基本要求如下：车体外形应满足GB146.1中的机车车辆限界，车体图样中规定的所有焊缝需按图纸要求进行试漏试验或PT检验。
2车厢焊接变形原因
从整体来讲，主要分为两种情况：一种是受外力作用引起的变形;另一种是受内力作用而引起的变形。对于受外力作用引起的变形情况，主要指钢结构件在制作完成后，在吊装、运输以及安装过程中由于碰撞产生的变形，这些变形都是永久变形，属于塑性变形。对于受内力作用引起的变形情况，主要指钢结构件因焊接而产生的内应力，因为焊接对于钢结构件来说，是一种不均匀的加热和冷却的过程，是造成各部件之间产生内应力而引起变形的主要原因[2]。
焊接时加热是通过移动的高温电弧热源进行的，因此焊缝周围的金属及焊缝温度极高，金属受热后发生膨胀，而周围金属没有发生膨胀，相当于刚性固定。于是受热金属的膨胀收缩受到了阻碍就产生了压缩塑性变形。而焊接冷却后的金属及焊缝，由于收缩变形而变短，此时又受到周围未受热的金属的限制，导致被焊后的钢结构件产生内应力，由此造成一定程度的变形。变形主要表现在两个方向：纵向收缩和横向收缩。纵向收缩（沿焊缝长度方向的收缩）在薄钢板焊接时表现得更加明显;而横向收缩（垂直焊缝长度方向的收缩）是钢结构件产生内应力和引起变形的主要原因[3]。无论何种形式的焊接变形，都遵从一个规律，即焊缝冷却后，在焊缝区域产生收缩，继而使被焊的钢结构件产生内应力，当被焊件自身的刚度不能克服焊缝收缩时，就会造成焊接变形。
3车厢焊接变形矫正工艺应用
3.1调整焊接工序
车底架焊接翻转胎的工作量大，同时还要作为矫正台位使用，为了控制焊接变形，减少矫正的工作量，将与之相关的车体附件和焊缝尽量前移至组装台位，尽量使用刚性固定法将立焊以及点焊固定的焊缝全部在组装台位焊接完成，可以有效缓解焊接翻转胎的生产压力，缩短作业时间。
3.2创新生产方式
车底架吊运至焊接翻转胎后，可以边焊接边矫正，取消原来的单独焊接或单独矫正作业的生产方式，这样可以节约一半组焊的时间。为了减少焊接变形，取消原来车底架竖向焊接的工序，可以保证矫正工作的顺利进行。
3.3多元化矫正工艺
3.3.1车底架矫正
吊运至焊接翻转胎，经过翻转首先拆除用于防止弯曲和扭曲变形的临时支撑，松开用于夹紧的4个螺杆，利用转胎下部四点支撑作为水平基准，并且增加端部两头以及中部共十个支撑点[4]。下部使用螺旋千斤顶调整高度，整个车底架要基本共面，有利于车厢总成时侧壁与顶盖的组装。使用拉线装置测量旁弯，每一根连接梁与边梁以及旁承梁连接处都要测量，所有数据都写在边梁上面，便于检查和矫正使用。公差控制在2～3mm，因为地板的铺设和焊接还会导致车底架宽度收缩变形，最终检查尺寸为5mm。
由于没有矫正所需的基准和横向支撑点，所以只能利用转胎4个螺杆作为基准，同时也是车底架下部的支撑点。左右螺杆之间不固定在端部头部与边梁的连接处，需要增加顶紧装置，以免受力变形。选择五吨秤砣作为支撑点，放置位置中心对准端部头部与边梁连接处（即变形最大部位），使用螺旋千斤顶横向调整控制旁弯尺寸。由于秤砣数量有限，矫正顺序必须从变形数据由大向小方向开始。
3.3.2边梁矫正
边梁规格为18号槽钢，平面度要求为每米2mm，一般由于焊接变形会导致内凹，需要采用火焰矫正法进行矫正。边梁的立面采用线状加热，加热温度在650～800℃之间，加热颜色呈樱红，加热宽度为板厚的1～2倍，深度为板厚的1/2～2/3，火焰加热时烤枪不能来回晃动，束状火焰要垂直钢板，动作要敏捷迅速。边梁的上下平面采用三角形加热法，如果变形过大，可以使用顶紧装置配合矫正，效果更佳。
矫正时使用1m刚性直尺测量，等到完全冷却之后，测量平面度，如果需要二次火焰矫正，则加热区要错开。为了缩短矫正时间，可以充分利用地板的刚性作为控制旁弯的有效手段。铺设中部地板时以第一块地板作为整车纵向中心基准的定位，所以尤为重要，需要测量边梁旁弯和平面度。而最后一块地板铺设时需要测量车底架宽度，因为风道口的组装和焊接会导致尺寸变化。
3.3.3地板矫正
端部地板需要正反两面焊接，会产生凹凸变形，平面度要求为2mm/m2，需要使用火焰矫正法进行矫正，采用点状加热法。
3.3.4侧墙矫正工艺
侧墙采用2.5mm厚的薄钢板拼接而成，与骨架组装焊接，加上整体都布满窗框，凹凸变形极为明显。由于侧墙在组焊过程中不进行矫正，车体总成后焊接变形更加严重，必须进行火焰矫正。首先使用3m钢直尺竖直测量每根立柱的之间侧墙平面度，使用顶紧装置配合烘枪矫正，采用线状加热法矫正蒙皮反面骨架，并浇水加快冷却速度。
对蒙皮平面度矫正采用蒙皮面电磁铁充电吸附，车内使用打平模板进行矫正，模板要求与内侧骨架空档相符，火焰加热温度在500～600℃之间。矫正过程中使用直尺横向测量蒙皮，防止因火焰过大造成更大的变形，导致材质发生变化，影响使用性能。矫正加热圆点直径为板厚的6～8倍，使用自制的多头烘枪进行矫正，配合喷淋枪进行快速冷却，缩短火焰矫正的时间。所有火焰矫正工作完成以后，使用木棰矫正玻璃窗框，保证周边共面，防止车厢使用过程中安装玻璃渗水。
4结束语
综上所述，车厢焊接环节可能出现变形，解决车厢焊接变形需要科学运用矫正工艺。技术人员结合车体材料与技术参数，制定矫正方案。分析导致变形的原因后，便可以采用针对性措施应对。通过多元化矫正工艺的应用，提高车厢焊接水平与质量，也为焊接变形矫正积累有价值的经验。
参考文献：
[1]张雪松，李登矗.厢板典型结构的焊接变形分析与工艺约束优化[J/OL].热加工工艺：1-6.
[2]郭雯雯，黄继强，薛龙，黄军芬，韩峰.高铁侧围铝型材构件焊接变形数值模拟[J].北京石油化工学院学报，2020，28（03）：37-42.
[3]曹传民.CA141型载货汽车车厢装焊工艺实践[J].设备管理与维修，2020（05）：112.
[4]邓姣.自卸车边板自动焊接的应用设计[J].内燃机与配件，2019（11）：12-13.
（中车四方车辆有限公司，山东 青岛 266000）