機車輔助變壓器柜安裝座組焊及變形矯正工藝

FXD1型機車底架結(jié)構(gòu)中，輔助變壓器柜安裝座、牽引變流柜安裝座、制動柜安裝座、冷卻塔安裝座、列供安裝座等梁體的組焊質(zhì)量，直接影響到柜體的安裝質(zhì)量及穩(wěn)定性。各梁體均屬于細(xì)長形結(jié)構(gòu)且呈非封閉截面，抗彎曲剛性較小，加之三條直通的長焊縫都偏于梁體一側(cè)的上方，對于結(jié)構(gòu)中性軸的布置極不對稱，因此，梁體焊接后在水平及垂直方向均產(chǎn)生了較大的彎曲變形。本文就是針對這種細(xì)長形結(jié)構(gòu)梁體的焊接與矯正提出了解決方案。輔助變壓器柜安裝座與其他安裝座雖然在結(jié)構(gòu)上略有不同，但設(shè)計要求及焊接工藝均相同，因此本文主要以輔助變壓器柜安裝座為例進(jìn)行組焊與矯正工藝分析。梁體結(jié)構(gòu)及技術(shù)要求輔助變壓器柜安裝座結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，是由Ⅲ型安裝軌、小筋板、彎板和筋板組成，其中小筋板、彎板和筋板的材質(zhì)為Q460ME，厚度為4mm。技術(shù)要求為：梁體焊后調(diào)平、調(diào)直，安裝軌平面度公差為±1.5mm，直線度公差為±1.0mm。圖1輔助變壓器柜安裝座結(jié)構(gòu)示意圖梁體焊接變形分析為了減小焊接后構(gòu)件的彎曲變形，在結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)力求使焊縫位置對稱于焊接構(gòu)件的中性軸或者接近于中性軸，這樣就有可能使中性軸兩側(cè)焊縫產(chǎn)生的彎曲變形完全抵消或部分抵消，從而減小構(gòu)件彎曲變形。輔助變壓器柜安裝座的焊縫集中在x-x軸的上方和y-y軸的一側(cè)，x-x軸的下方和y-y軸的另一側(cè)無焊縫，如圖2所示，因此彎板與筋板三條直通的長焊縫a2和（3HY、a2）以及彎板與Ⅲ型安裝軌角焊縫z3.5和a3的縱向及橫向收縮，使梁體向x-x軸方向產(chǎn)生彎曲，即梁體在垂直方向產(chǎn)生了下?lián)?；上述焊縫的收縮又使梁體向y-y軸方向產(chǎn)生了彎曲，即梁體在水平方向產(chǎn)生了旁彎，并且兩種彎曲變形的程度均較為嚴(yán)重，如圖3所示。圖2焊縫的位置減小梁體焊接變形的措施彈性反變形法梁體彈性反變形時的方向要與梁體焊接后的變形方向相反，彈性反變形裝置如圖4所示，矯正力的大小應(yīng)以垂直壓緊裝置或水平頂緊裝置的伸出長度表示。根據(jù)梁體的變形程度，記錄每次頂桿的伸出長度，直至確定出最佳矯正效果的伸出長度。圖4彈性反變形裝置合理選擇焊接順序和焊接規(guī)范焊接方向應(yīng)當(dāng)從最受限制的區(qū)域朝較少受限制的區(qū)域進(jìn)行焊接。由于反變形過程中，梁體的中部在水平和垂直方向都施加了一定的作用力，中間位置受到了更多的限制，所以應(yīng)從梁體中部向兩側(cè)進(jìn)行焊接，如圖5所示。盡量避免（3HY、a2）焊縫一次性焊接填充，控制焊接熱輸入量，減少梁體向水平或垂直方向變形的趨勢。可采用能夠使熱量分散的分段退焊法進(jìn)行焊接，并且在保證焊縫熔深的情況下，盡量避免焊接參數(shù)過大，即采用較細(xì)的焊絲和較小的焊接電流進(jìn)行焊接，以免造成熱輸入加大，減少梁體的變形程度。圖5彎板與筋板a2、（3HY、a2）焊縫的焊接方向焊接小筋板時，不同的焊接方向會引起不同的變形情況和內(nèi)應(yīng)力狀態(tài)，所以盡可能使焊縫收縮引起的變形與梁體焊后變形方向相反。以彎板與小筋板a2焊縫為例進(jìn)行說明，如圖6所示，焊接a2焊縫時都采用同一方向“直通”焊接，即由梁體底部向R圓弧方向進(jìn)行焊接。由于每道焊縫都是始焊端的橫向收縮略大于終焊端，導(dǎo)致a2焊縫的橫向收縮引起梁體產(chǎn)生了上拱變形，恰好與梁體焊后產(chǎn)生的下?lián)献冃畏较蛳喾?，減小了梁體的變形程度。圖6彎板與小筋板a2焊縫的焊接方向由于Ⅲ型安裝軌與彎板的角焊縫在x-x軸的上方，焊縫收縮會引起梁體產(chǎn)生下?lián)?，因此Ⅲ型安裝軌的焊接可選擇在輔助變壓器柜安裝座安裝完畢后進(jìn)行焊接，此時輔助變壓器柜安裝座與底架上蓋板焊接后，梁體由開放式結(jié)構(gòu)變?yōu)榱丝棺冃文芰^強的箱式結(jié)構(gòu)，增加了梁體的剛性及抗變形能力，此時進(jìn)行Ⅲ型安裝軌的焊接不會引起梁體變形。采取上述措施后，梁體變形得到了一定控制，減少了后續(xù)火焰矯正的工作量?；鹧娉C正工藝火焰矯正的效果關(guān)鍵在于加熱位置、加熱形狀和加熱先后順序的選擇。因此，火焰矯正前一定要全面分析構(gòu)件的結(jié)構(gòu)和構(gòu)件焊后變形的大小和方向，以制定出合理的矯正方案。梁體加熱位置的選擇矯正梁體的旁彎時，三角形頂點在梁體彎曲凹面的一側(cè)，三角形底邊在梁體彎曲凸面的一側(cè)，這個加熱形狀矯正力較強，矯正旁彎的效果也較為明顯，如圖7所示。但在實際操作中，不能按圖示位置進(jìn)行加熱，其原因是：梁體焊接后已經(jīng)出現(xiàn)下?lián)献冃维F(xiàn)象，若按圖示位置進(jìn)行火焰矯正，則熱量全部集中在梁體上表面，加熱后梁體產(chǎn)生的下?lián)蠒兊酶訃?yán)重，這對后續(xù)矯正梁體的撓曲變形是非常不利的。圖7三角形加熱位置矯正梁體旁彎時，應(yīng)在彎板的立面（凸面）進(jìn)行線狀加熱。如圖8所示，若火焰沿小筋板的焊縫向上線狀加熱至彎板的R處，冷卻后由于加熱線的橫向收縮，使梁體凸面一側(cè)的長度“變短”，于是梁體被“拉直”。此加熱方法雖然不能使梁體的直線度達(dá)到技術(shù)要求，但減少了后續(xù)矯正旁彎時在x-x軸上方的加熱面積，減小了梁體的下?lián)献冃?。圖8矯正梁體旁彎的加熱位置①如圖9所示，若在彎板立面R處進(jìn)行線狀加熱，此加熱位置雖然也會引起梁體下?lián)献冃?，但相對于上述三角形加熱法，梁體產(chǎn)生下?lián)弦〉枚?，而且這種線狀加熱的效果也非常明顯，故該加熱方法被確定為矯正旁彎的最佳方案。由于前期對彎板的立面進(jìn)行了線狀加熱，所以此次加熱時，用較少的加熱面積就能使梁體的旁彎得以矯正，加熱時按照圖示的順序，從中間向兩側(cè)進(jìn)行線狀加熱。圖9矯正梁體旁彎的加熱位置②矯正梁體下?lián)蠒r，三角形加熱面積要選擇在梁體“開口”的長邊位置，如圖10所示。由于三角形加熱面積的收縮作用，使構(gòu)件“整體”產(chǎn)生了上拱變形，從而達(dá)到了矯正的目的。如果在“開口”的短邊位置，即如圖10所示的I位置進(jìn)行三角形加熱，構(gòu)件只能在“局部”產(chǎn)生變形，而構(gòu)件“整體”并未發(fā)生變形，達(dá)不到矯正下?lián)系哪康?。圖10矯正梁體下?lián)隙鹊募訜嵛恢昧后w矯正順序的選擇由于梁體焊接后在水平方向和垂直方向都產(chǎn)生了變形，因此梁體的矯正順序也很關(guān)鍵。先矯正旁彎還是先矯正下?lián)?，必須通過全面的分析和對比選擇一種矯正效率高、矯正效果明顯的方案進(jìn)行。方案1：先矯正下?lián)显俪C正旁彎。如果先矯正梁體的下?lián)希鸵谌鐖D10所示的位置進(jìn)行三角形加熱，加熱后梁體產(chǎn)生上拱變形，于是梁體的撓曲變形得到了矯正。然后進(jìn)行旁彎矯正，從如圖11所示的加熱線與x-x軸和y-y軸的位置關(guān)系可以看出，線狀加熱后梁體不但向y-y軸方向產(chǎn)生變形，同時也會朝x-x軸方向產(chǎn)生變形，在旁彎得以矯正的同時，梁體又重復(fù)產(chǎn)生了下?lián)献冃?，所以后序還需對梁體的下?lián)线M(jìn)行二次矯正。圖11加熱線與x-x軸、y-y軸的位置關(guān)系方案2：先矯正旁彎再矯正下?lián)稀Ｈ绻瘸C正梁體的旁彎，就要在如圖11所示的位置進(jìn)行線狀加熱，加熱后梁體向y-y軸方向產(chǎn)生變形，于是梁體的旁彎得到矯正，此時梁體同樣會向x-x軸方向產(chǎn)生變形，即梁體也產(chǎn)生了下?lián)献冃巍Ｔ陔S后矯正下?lián)献冃螘r，梁體的旁彎是否還會發(fā)生變化，這是此次矯正過程中的關(guān)鍵點。矯正梁體下?lián)献冃螘r，由于采用了收縮力較強的三角形加熱法，并且梁體兩側(cè)三角形加熱必須同時、同步、同規(guī)范進(jìn)行，或者按照如圖12所示的加熱位置及加熱順序進(jìn)行加熱，在下?lián)献冃蔚玫匠C正的同時，梁體的旁彎不會再次發(fā)生。此方法還可以避免由于梁體左、右兩側(cè)的收縮量不同導(dǎo)致梁體產(chǎn)生扭曲變形現(xiàn)象的發(fā)生，這樣就可以節(jié)省一次加熱的過程。所以先矯正旁彎，使梁體的直線度達(dá)到±1.0mm的技術(shù)要求后，再矯正下?lián)鲜潜容^合理的。圖12矯正下?lián)蠒r的加熱順序上述矯正是在自由狀態(tài)下完成的，為了提高矯正效率也可增加外力進(jìn)行矯正。但需要注意的是，施加的外力不能過大，否則在加熱過程中會出現(xiàn)梁體失穩(wěn)狀態(tài)，加熱處會產(chǎn)生皺褶或過矯現(xiàn)象。同時還需注意的是，矯正下?lián)蠒r一定要加熱透，才能達(dá)到較好的矯正效果。這里需要特別指出的是，由于牽引變流柜安裝座的焊接變形比輔助變壓器柜安裝座的焊接變形要大得多，因此其矯正工藝有所不同。如圖13所示，牽引變流柜安裝座左右兩端與中間位置無論是結(jié)構(gòu)還是焊縫的位置都是不同的。由于梁體的結(jié)構(gòu)及焊縫在Ⅰ、Ⅱ位置出現(xiàn)了不連續(xù)性，導(dǎo)致梁體焊接后產(chǎn)生的變形在Ⅰ、Ⅱ位置表現(xiàn)得較為明顯。A-A截面與輔助變壓器柜安裝座的截面相同，B-B截面的焊縫左右對稱布置，所以梁體焊接后此位置在水平方向不會產(chǎn)生變形。如果按照輔助變壓器柜安裝座的位置進(jìn)行彈性反變形，梁體中間位置由于受到外力作用，會在水平方向產(chǎn)生變形，所以兩種梁體彈性反變形的位置是不同的。梁體變形主要發(fā)生在Ⅰ、Ⅱ位置，尤其是Ⅰ、Ⅱ位置會在梁體焊接后產(chǎn)生急彎，所以反變形時的施力點必須布置在變形最大處，即Ⅰ、Ⅱ位置處，才能取得較好的矯正效果?？傊疇恳兞鞴癜惭b座可以在自由狀態(tài)下進(jìn)行火焰矯正，而牽引