鋁合金車體底架與緩沖梁焊接變形的控制

唐山軌道客車有限責任公司 （河北 063035） 鄒俠銘 昝桂云 柳士強

1.概述

由于鋁合金材料諸多優點，使得鋁合金結構車體在城軌、地鐵等城市軌道車輛上的應用逐步推廣。由于動車組車體底架與緩沖梁結構采用鋁合金材質，因此在制造過程中底架與緩沖梁焊接時出現焊接變形量大，不易控制的問題。緩沖梁組成是動車組車體承受拉伸載荷的關鍵部件，其焊接質量對車體的強度、安全性有重要影響。本文對底架與緩沖梁焊接工藝進行分析，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.底架與緩沖梁結構分析

車體底架結構主要由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。從底架組成結構中可以看出，底架與緩沖梁焊接質量是影響車體結構強度的關鍵，因此，如何保證鋁合金材質緩沖梁與底架焊接滿足車體強度和剛度要求是質量控制的關鍵。

圖1 車體底架與緩沖梁組成結構

3.底架與緩沖梁焊接工藝分析

（1）焊接工藝流程 根據底架與緩沖梁裝配尺寸技術要求，以底架中心線為基準測量一、二位緩沖梁裝配位置尺寸。焊接工裝在設計上采用可調定位裝置，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、二位端緩沖梁并調整與底架中心線偏差，使裝配尺寸符合技術要求。焊接底架與緩沖梁焊縫，焊接后對底架與緩沖梁組成進行檢測和工藝調修。根據底架與緩沖梁焊接工藝特點，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→檢測緩沖梁位置尺寸→裝配地板連接型材→調整緩沖梁與立筋尺寸→焊接端部緩沖梁→檢測調修。

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

底架與緩沖梁組成裝配設計上，以連接型材為基準裝配緩沖梁組成，在焊接連接型材時，由于連接型材強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條立筋對接試配過程中，允許對緩沖梁4組筋板組成進行修磨，以保證對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度較高，在焊接工裝內采用F型卡與端部地板固定整體下拉撓度，預制底架端部反變形。

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固，焊接連接型材后拆下緩沖梁，在進行連接型材內側焊縫焊接，保證緩沖梁與連接型材之間的裝配尺寸。根據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，并將橫向寬度尺寸增加5～10mm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，生產過程中連接型材內部兩條焊縫焊接后發現寬度尺寸收縮，在進行與緩沖梁裝配時仍然造成裝配困難。因此，將連接型材與緩沖梁之間預留一定間隙補償焊接收縮量，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

實踐證明，采用工藝放量和預制反變形工藝方法，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，優化和改進車體底架組成焊接工藝。

（3）焊縫缺陷 ①產生的主要原因：焊前預熱溫度和預熱范圍不均，焊縫間隙過??；焊縫層間溫度控制不規范；緩沖梁與邊梁裝配尺寸間隙較大。②改進工藝措施：改進預熱方式并提高預熱溫度；嚴格控制層間溫度，優化焊接參數；生產中按照工藝要求控制熱輸入；增加緩沖梁與邊梁焊縫內側專用焊接墊板。

（4）調修工藝 使用水平尺檢測左右邊梁寬度方向平面度。根據檢測結果和偏差數值，確定采用火焰調修還是機械調修。由于底架邊梁焊接結構強度較高，所以一般采用火焰調修方式。調修時對底架邊梁焊縫處進行火焰加熱，加熱溫度控制在180℃以內。調修后的底架左右邊梁在寬度方向內平面度≤1mm，保證底架左右邊梁平面度符合設計圖樣技術要求。

（5）檢測 將底架組成吊裝檢測工裝，按照底架組成檢測圖樣與檢測表，使用萊卡檢測儀對底架進行檢測。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：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，檢測數值符合動車組車體底架組成技術尺寸要求。

圖6 底架一、二位端緩沖梁（車鉤面板中心）垂直度測量

4.結語

本文通過采用焊接預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。不僅優化了制造工藝方法和焊接參數，保證了車體底架與緩沖梁焊接質量，而且為鋁合金車體底架與緩沖梁焊接工藝提供了經驗借鑒。