新一代高速列車模型車車體制造工藝設計

唐山軌道客車有限責任公司 （河北 063035） 胡文浩 王廣英

1.概述

為了全面貫徹鐵道部關于高速列車“引進、消化吸收、再創新”的發展要求，唐山軌道客車有限責任公司（簡稱“唐車”）在成功生產CRH3型高速列車的基礎之上，研制了國產新一代CRH系列高速列車。為了充分展示新一代高速列車的實際效果，同時提前驗證新一代高速列車在設計優化和工藝改進方面的合理性，及時發現技術更改所帶來的新問題，為實現新一代高速列車的批量化生產掃除技術障礙，降低批量化生產帶來的風險，參照國內外各大高速列車制造商的通行做法，鐵道部要求在正式生產新一代高速列車之前，制造1列（4輛編組）新高速列車的模型車實體模型。

但是，模型車僅作展覽之用，展覽過后即拆解車體，因此模型車車體的制造須采用非正常制造工藝，之前沒有經驗可以借鑒，目前也未見關于模型車車體制造工藝的報道，因此必須對模型車車體的制造工藝進行專門設計。

由于任務周期僅4個月時間，為了縮短生產周期和節約成本，必須從制造工藝方面挖掘潛力，而模型車車體制造主要工序為焊接。為了圓滿地完成高速列車模型車車體的制造任務，首先應對產品和生產需求進行具體分析，以便為焊接工藝設計提供指導。這為后續工序爭取時間，降低整車生產成本，乃至今后制造模型車提供經驗等都具有重要意義。

2.產品和生產需求分析

為了真實展示新一代高速列車的實際效果，模型車的車體結構和尺寸必須完全與實車一致。同時車體應保證一定的強度，滿足安裝內裝和低速牽引行駛（20km/h）的要求。這就要求必須充分考慮模型車與實車焊接工藝的異同，嚴格控制焊接變形和焊接收縮量，保證焊縫質量。

按照項目的總體進度安排，模型車工藝方案和車體生產周期均只有30天，落實到焊接工序的時間不足20天。因此，在車體的焊接工序，必須深入分析焊接過程中可能影響生產進度的不必要因素，并將其降到最低點。

模型車的各項成本開支一定控制在預算范圍之內。在車體焊接工序，要求除了側墻和端墻以外，其他大部件應保證在車體拆解后能夠再次應用于后續新一代高速列車的實車車體上。因此，在車體焊接工序，必須采取有效的措施，利用一切可以縮減成本的方法和活動，來實現模型車項目總體成本控制的目的?？傊?，制造模型車車體的原則是“最快速、最節約、最美觀”。

由于模型車乃臨時展覽之用，展覽過后要拆解車體，因此在工藝設計階段，就應考慮到便于后續車體的拆解。

基于以上分析，我們確定了車體制造的工藝設計思路。

3.車體及焊接工藝設計思路

（1）車體材料選用 材料成本在制造總成本中所占的比例高達85%，為了控制材料成本，車體材料可利用廢舊型材。在車體所有大部件中，只有側墻與底架、車頂、端墻和司機室都直接連接，在后續拆解時，可以集中破壞側墻而保留其他型材，為了節約成本，確定側墻可利用廢舊型材。

對于選用合格型材的大部件，也應避免損壞其焊接區域，以便再利用。為了盡可能保護型材，型材的焊接區域的尺寸應提前留有一定的余量，以便在裝配階段能夠根據裝配尺寸要求進行調整。

（2）裝配工藝設計思路 為了保證車體的尺寸，模型車車體的裝配工藝應盡量執行實車車體的裝配工藝要求，在此基礎之上，還應考慮型材保護的因素，設計專門的裝配工藝。

首先，為了使車體拆解后其大部件能夠再利用，車體部件之間連接焊縫的坡口間隙應盡量減小，使焊縫盡量不完全焊透，尤其避免將墊板熔合。目的是在滿足車體強度的前提下，保證車體更易拆解，將對型材的損傷程度降到最低。對型材之間設計有連接板的結構，可適當增加連接板的寬度來減小兩側連接坡口的間隙。

其次，相鄰部件裝配時，采用預制錯邊的坡口裝配工藝，即在標準允許的范圍內，使希望被保留的一側型材的表面在裝配時略低于另一側型材的表面。這樣，當需進行表面打磨時，不至于過多傷及表面較低一側的欲保留型材。

（3）焊接工藝設計思路 為了保證焊接質量，所有大部件（包括側墻）的焊接均按照車體正常生產焊接技術要求執行，原則上焊縫質量等級不降低，焊接檢測范圍不減少。

在此原則下，對具體的焊接檢測工藝進行適應性修改。如大部件之間的連接焊縫由于改成段焊，因此取消之前針對長焊縫的滲透檢測，只進行外觀檢測。對焊縫不防護直接噴砂，完工后焊接監督只對段焊裂紋進行檢測返修。

為了控制焊接變形，同時節省焊接時間和節約焊接耗材成本，應盡量減少焊接量。如在自動焊接和手工焊接的長焊縫上大量采用手工段焊的形式，一些在實車上設計為全焊透的焊縫改成半焊透的形式，如V形坡口改成HV形坡口，未焊之處可以用粘接、鉚接等方式補充。

為了盡量不破壞型材，應盡量避免破壞型材的焊接缺陷，包括型材焊洇、墊板焊穿、擴展到型材的裂紋、電弧劃傷等。

為了利于車體后續的拆解，在保證焊接強度的前提下，修改實車上的一些焊縫形式，使之更易如V形焊縫改成Y形焊縫。

另外，充分利用焊接的“修補功能”，通過焊接工序，實現廢舊型材修補，尺寸更改，位置移動等目的，使廢舊型材能夠滿足模型車車體技術要求。

4.具體工藝實施與驗證

底架、司機室等部件待模型車車體拆解后，將還原用于實車車體，因此其焊接工藝與實車車體的對應部件相同，而其他大部件應進行適應性地工藝更改。

（1）側墻 車體大部件完成裝配后，側墻與車頂和底架連接的長縱焊縫很可能會出現焊前坡口處錯邊問題。由于側墻可以報廢，所以在實際裝配時使側墻一側坡口略高于車頂和底架一側坡口，這樣當產生一定錯邊時，可以通過打磨側墻坡口處型材而減小錯邊，避免傷及車頂和底架型材。為此，現有工裝和工藝情況進行調整，對側墻的外輪廓度尺寸公差也應進行適當修改。

另外，由于側墻可以報廢，對廢舊型材采用了修補焊的方法進行改裝。圖1為通過修補焊方法改裝側墻板窗口位置和尺寸的實物圖。

圖1 利用修補焊方法改裝側墻板廢舊型材

（2）端墻 端墻在加工過程中保證其高度大于正常高度3～5mm，端墻高度高，可以重新加工出正常的坡口。由于端墻高度高，所以在裝配過程中與側墻連接的部位可能弧度超差，對于裝配過程中存在錯邊的問題，焊接完成后采用打磨連接板的方法，保證了端墻與側墻的圓滑過渡。

在焊接過程中，對于后續拆裝影響較大的焊縫盡可能不焊接，如連接角焊縫。為了保證整車的強度，適當增加了HY形焊縫的長度。在拆解過程中，偏向端墻部位加工，以保證底架的完整性。

端墻與底架連接部分多為HY形焊縫，坡口開在端墻一側。為了保證端墻坡口尺寸，裝配端墻時將端墻高度保留一定的加工余量，拆解后可以打磨端墻此處坡口而仍能保證端墻的尺寸。

端墻與側墻和車頂連接的部位，由于存在連接板，在裝配的時候采用了焊縫的零間隙焊接，如圖2所示。

（3）車頂 實車車體裝配工藝規定，車頂和側墻與端墻或司機室連接板兩側坡口間隙應控制在3mm左右。為了方便拆解，減小了此處的坡口間隙，稍微增加了所有連接板的寬度尺寸。同時，連接板內側與墊板的段焊焊縫數量也相應減少。

圖2 端墻與側墻和車頂連接板零間隙裝配

（4）車體組成 實車車體的內側長縱焊縫采用手工焊接的方式，在裝配前已加工坡口，而模型車車體內側長焊縫沒有加工坡口，而是直接裝配，只要能夠保證車體的外形尺寸即可，這樣節約了時間和制造成本。在進行長縱焊縫焊接前盡可能減少非預置的錯邊量，減少后續打磨焊縫對型材焊接區域的影響。拆解下來的部件經過加工坡口還能應用于實車的生產。

側墻與車頂和底架連接長縱焊縫采取手工段焊的形式，為了方便分解此處焊縫，焊前裝配坡口間隙盡可能小，以減小根部熔深，盡量避免焊接熔合墊板，如圖3所示。

對于車體外側側墻與車頂，內外側側墻與地板連接的長縱焊縫，側墻一側的段焊處開1～2mm間隙。焊接順序修改為先段焊內側長縱焊縫，調平后再段焊車體外側長縱焊縫。

為防止傷及母材，門柱與底架邊梁處的焊接取消原有的清根和滲透檢測。

端墻與底架橋式支撐的連接處696mm長焊縫改為段焊，如圖4所示。

通過模型車車體工藝的實施，在20天內即圓滿完成了車體的制造，車體外觀達到了與實車一致的程度（見圖5），成本僅花費了新一代高速列車實車車體的1/4，實現了模型車車體制造“最快速、最節約、最美觀”的工藝要求。

圖3 側墻與底架長焊縫改為段焊形式

圖4 端墻與底架橋式支撐的連接焊縫改為段焊

圖5 新一代高速列車模型車實物

5.結語

（1）軌道車輛模型車車體的制造應充分考慮仿真程度、時間進度、成本控制以及后續拆解等因素，本著“快好省”的原則確定工藝設計思路。

（2）模型車車體工藝設計應從車體材料選用、裝配工藝和焊接工藝三個方面進行考慮。側墻可選用廢舊型材，裝配工藝應充分考慮保護合格型材和利于后續的拆解，焊接工藝應考慮焊接強度、焊接效率、保護型材以及利于拆解等因素，其中焊接工藝是核心工藝。

（3）在焊接工藝設計時，充分采用了長焊縫改段焊、修補焊等方法，通過工藝驗證證明，這些方法適用于模型車車體的制造。