唐山軌道客車有限責(zé)任公司 （河北 063035） 鄒俠銘 昝桂云 柳士強(qiáng)

1.概述

由于鋁合金材料諸多優(yōu)點(diǎn)，使得鋁合金結(jié)構(gòu)車體在城軌、地鐵等城市軌道車輛上的應(yīng)用逐步推廣。由于動(dòng)車組車體底架與緩沖梁結(jié)構(gòu)采用鋁合金材質(zhì)，因此在制造過程中底架與緩沖梁焊接時(shí)出現(xiàn)焊接變形量大，不易控制的問題。緩沖梁組成是動(dòng)車組車體承受拉伸載荷的關(guān)鍵部件，其焊接質(zhì)量對(duì)車體的強(qiáng)度、安全性有重要影響。本文對(duì)底架與緩沖梁焊接工藝進(jìn)行分析，提出了解決鋁合金車體底架與緩沖梁焊接變形的控制方法。

2.底架與緩沖梁結(jié)構(gòu)分析

車體底架結(jié)構(gòu)主要由60mm厚鋁合金型材地板、邊梁型材和緩沖梁焊接組成。緩沖梁組成主要包括：支撐梁組成、橫梁組成、筋板組成、地板連接型材，如圖1所示。從底架組成結(jié)構(gòu)中可以看出，底架與緩沖梁焊接質(zhì)量是影響車體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的關(guān)鍵，因此，如何保證鋁合金材質(zhì)緩沖梁與底架焊接滿足車體強(qiáng)度和剛度要求是質(zhì)量控制的關(guān)鍵。

圖1 車體底架與緩沖梁組成結(jié)構(gòu)

3.底架與緩沖梁焊接工藝分析

（1）焊接工藝流程 根據(jù)底架與緩沖梁裝配尺寸技術(shù)要求，以底架中心線為基準(zhǔn)測(cè)量一、二位緩沖梁裝配位置尺寸。焊接工裝在設(shè)計(jì)上采用可調(diào)定位裝置，保證緩沖梁裝配位置尺寸；通過底架中心線與焊接工裝定位可調(diào)裝置，保證一、二位端緩沖梁裝配位置尺寸。

底架與緩沖梁組焊工藝采用反裝定位、焊接，解決了緩沖梁與底架反面裝配、焊接的問題。裝配一、二位端緩沖梁并調(diào)整與底架中心線偏差，使裝配尺寸符合技術(shù)要求。焊接底架與緩沖梁焊縫，焊接后對(duì)底架與緩沖梁組成進(jìn)行檢測(cè)和工藝調(diào)修。根據(jù)底架與緩沖梁焊接工藝特點(diǎn)，制定底架與緩沖梁焊接工藝流程：底架入反裝定位夾緊→裝配一、二位端緩沖梁→檢測(cè)緩沖梁位置尺寸→裝配地板連接型材→調(diào)整緩沖梁與立筋尺寸→焊接端部緩沖梁→檢測(cè)調(diào)修。

（2）焊接變形及改進(jìn)措施 底架與一、二位端緩沖梁焊接后，在檢測(cè)工裝上進(jìn)行底架組成測(cè)量，其結(jié)果：底架組成端部下塌15～20mm，端部地板型材產(chǎn)生波浪形焊接變形及焊縫缺陷。

底架與緩沖梁組成裝配設(shè)計(jì)上，以連接型材為基準(zhǔn)裝配緩沖梁組成，在焊接連接型材時(shí)，由于連接型材強(qiáng)度較低及地板型材壁厚較薄，故造成端部地板在縱向焊縫處產(chǎn)生下塌變形。

控制底架與緩沖梁的焊接變形及焊縫缺陷的措施如下：

第一，緩沖梁的4組筋板組成與地板上4條立筋對(duì)接試配過程中，允許對(duì)緩沖梁4組筋板組成進(jìn)行修磨，以保證對(duì)接焊縫裝配位置尺寸，如圖2、圖3所示。由于地板與邊梁焊接后整體強(qiáng)度較高，在焊接工裝內(nèi)采用F型卡與端部地板固定整體下拉撓度，預(yù)制底架端部反變形。

圖2 緩沖梁筋板組成與地板立筋連接

圖3 緩沖梁組成

第二，緩沖梁組成焊接后橫梁直線度存在誤差，使得連接型材與緩沖梁橫梁裝配困難。將緩沖梁與連接型材點(diǎn)固，焊接連接型材后拆下緩沖梁，在進(jìn)行連接型材內(nèi)側(cè)焊縫焊接，保證緩沖梁與連接型材之間的裝配尺寸。根據(jù)連接型材與地板焊接變形過大的問題，同樣在焊接工裝上預(yù)制反變形，以控制地板焊接變形過大問題，如圖4所示。

由于鋁合金材料焊接變形量較大，為了控制底架與緩沖梁焊接后，底架端部左右邊梁寬度尺寸收縮的問題，在底架一、二位端左右邊梁之間增加橫向工藝支撐，并將橫向?qū)挾瘸叽缭黾?～10mm放量，以控制底架組成端部寬度尺寸焊接后的收縮變形。

第三，生產(chǎn)過程中連接型材內(nèi)部?jī)蓷l焊縫焊接后發(fā)現(xiàn)寬度尺寸收縮，在進(jìn)行與緩沖梁裝配時(shí)仍然造成裝配困難。因此，將連接型材與緩沖梁之間預(yù)留一定間隙補(bǔ)償焊接收縮量，以滿足底架與緩沖梁裝配焊接工藝要求，解決了地板連接型材與緩沖梁裝配間隙過小或過大的問題。在單件工藝放量中要考慮組件裝配尺寸，如圖5所示。

圖4 連接型材與地板焊接

圖5 連接型材與橫梁裝配

實(shí)踐證明，采用工藝放量和預(yù)制反變形工藝方法，可以較好的控制底架與緩沖梁焊接變形，保證車體底架與緩沖梁裝配和焊接變形的控制，優(yōu)化和改進(jìn)車體底架組成焊接工藝。

（3）焊縫缺陷 ①產(chǎn)生的主要原因：焊前預(yù)熱溫度和預(yù)熱范圍不均，焊縫間隙過??；焊縫層間溫度控制不規(guī)范；緩沖梁與邊梁裝配尺寸間隙較大。②改進(jìn)工藝措施：改進(jìn)預(yù)熱方式并提高預(yù)熱溫度；嚴(yán)格控制層間溫度，優(yōu)化焊接參數(shù)；生產(chǎn)中按照工藝要求控制熱輸入；增加緩沖梁與邊梁焊縫內(nèi)側(cè)專用焊接墊板。

（4）調(diào)修工藝 使用水平尺檢測(cè)左右邊梁寬度方向平面度。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果和偏差數(shù)值，確定采用火焰調(diào)修還是機(jī)械調(diào)修。由于底架邊梁焊接結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較高，所以一般采用火焰調(diào)修方式。調(diào)修時(shí)對(duì)底架邊梁焊縫處進(jìn)行火焰加熱，加熱溫度控制在180℃以內(nèi)。調(diào)修后的底架左右邊梁在寬度方向內(nèi)平面度≤1mm，保證底架左右邊梁平面度符合設(shè)計(jì)圖樣技術(shù)要求。

（5）檢測(cè) 將底架組成吊裝檢測(cè)工裝，按照底架組成檢測(cè)圖樣與檢測(cè)表，使用萊卡檢測(cè)儀對(duì)底架進(jìn)行檢測(cè)。底架中心線縱向尺寸偏差≤1.5mm；底架一、二位端寬度尺寸偏差≤2.5mm。緩沖梁（車鉤面板）垂直度檢測(cè)：緩沖梁（車鉤面板）與參考線（車鉤中心）垂直度誤差≤1.5mm，如圖6所示，檢測(cè)數(shù)值符合動(dòng)車組車體底架組成技術(shù)尺寸要求。

圖6 底架一、二位端緩沖梁（車鉤面板中心）垂直度測(cè)量

4.結(jié)語(yǔ)

本文通過采用焊接預(yù)制反變形和制定合理的焊接順序，有效地控制了底架與緩沖梁焊接變形過大，減少了底架組成的返修工作量。不僅優(yōu)化了制造工藝方法和焊接參數(shù)，保證了車體底架與緩沖梁焊接質(zhì)量，而且為鋁合金車體底架與緩沖梁焊接工藝提供了經(jīng)驗(yàn)借鑒。