時速160公里動力集中動車組車頂制造工藝研究

王國輝 付立艷

【摘 ?要】時速160公里動力集中動車組是由中國鐵路總公司主導，中車唐山公司牽頭，組織客車主機廠及院校聯(lián)合設計而成，是具有完全自主設計權的“復興號”系列產(chǎn)品之一，其在旅客舒適度、安全性能、維修成本、車輛整體檔次等方面較25型客車均有較大提高，未來可全面替代25T型客車，成為我國下一代普速客車的主力產(chǎn)品。與此同時，其對車體制造精度及質量也提出了更高要求。160公里動車組碳鋼車體是由底架、側墻、端墻、車頂構成的薄壁筒型整體承載結構，車頂作為重要部件，其制造精度直接影響著整車的裝配質量。與25T型車車頂相比，160公里動車組車頂鋼結構在細節(jié)處做了創(chuàng)新優(yōu)化。本文通過對動車組車頂?shù)慕Y構特點、制造工藝及技術難點的分析，提出有效的質量控制措施，為后續(xù)類似車型生產(chǎn)提供借鑒。

【關鍵詞】車頂鋼結構;制造工藝;不平度

引言

隨著軌道車輛的高速和輕量化的發(fā)展，鋁合金材料越來越多地被使用，同時對鋁合金車體的裝配和焊接質量提出了更高的要求。鋁合金焊接過程中的熱應力和相變應力等因素往往導致焊接變形，不但影響了結構的外形尺寸及精度，增加了調修矯正工作量，而且會誘發(fā)錯邊、未熔合和裂紋等焊縫質量缺陷產(chǎn)生，降低結構的承載能力。所以，如何減小焊接變形，避免火焰調修，提高生產(chǎn)效率，越來越多地受到關注。針對高速動車組鋁合金車頂焊接變形及生產(chǎn)效率低下的現(xiàn)象，對高速動車組中間車頂TP的制造工藝進行研究，提出優(yōu)化制造工藝流程，預制反變形，優(yōu)化工藝的措施，應用結果表明效果良好。

1車頂結構與制造工藝

1.1車頂結構特點

時速160公里動力集中動車組車頂由車頂邊梁、車頂骨架、平頂及水箱大蓋框等組成鋼框架，鋼框架外面焊有車頂板，內部焊有車頂附件，共同組成車頂鋼結構。車頂邊梁是采用冷彎工藝制造的通長零件，車頂骨架由車頂彎梁、縱向梁構成，均為壓型件。車頂板由側頂板和中頂板構成，其中側頂板為冷彎型材，中頂板為2塊縱向通長板搭接而成。車頂斷面與25T型車車頂類似。其主要技術要求為：車頂寬度3100mm，公差要求-3～+3mm，高度821mm，公差要求-3～+5mm，車頂（含一二位端頂）長度25500mm，公差要求-7～+5mm，側頂不平度≤2mm/m，中頂不平度≤4mm/m。對比現(xiàn)有25T型車，時速160公里動力集中動車組車頂鋼結構的主要變化有：①車頂骨架梁柱密度增大。②車頂邊梁由“L”型結構改為“C”型結構。③減少附件吊碼數(shù)量，車頂內部設置通長C型槽。④取消車頂兩側雨檐結構。總體來說，車頂結構的變化及精度要求的提升，加大了車頂制造難度。

1.2車頂制造工藝

根據(jù)設計結構特點，時速160公里動力集中動車組車頂采取先正裝后反裝的組裝方式，車頂焊接采用MAG焊工藝。結合現(xiàn)行模塊化生產(chǎn)工藝，先進行平頂組成焊接、中頂骨架模塊組焊、側頂組焊、中部端頂組焊，待各部件焊接完成后，進入車頂組焊工裝，采用正裝方式，進行各部件的組裝定位壓緊點焊。車頂外側長大焊縫的焊接在二次焊接胎完成，最后在車頂翻轉工裝內焊接車頂內部各道焊縫及采用反裝形式焊接車頂附件。車頂全部焊接完畢后，要對車頂焊接變形進行調修，并進行車頂淋雨試驗，不得有漏水現(xiàn)象。

1.3車頂?shù)湫凸ば?/p>

第一，側頂：側頂板、車頂邊梁均采用通長冷彎型材。側頂板與側頂彎梁、縱向梁、車頂邊梁在側頂組焊胎內組裝成側頂組成，組裝方式為反裝形式。制造流程：吊運單片側頂板入胎，以工裝定位塊為基準擺放側頂板。以側頂板橫向中心線為基準，畫線確定各側頂彎梁、縱向梁的位置，按畫線位置擺放側頂彎梁、縱向梁，并進行微調，保證各側頂彎梁定位距側頂板橫向中心偏差≤3mm。吊運車頂邊梁入胎，調整車頂邊梁縱向位置，使車頂邊梁與側頂板橫向中心對正。之后，將側頂組焊工裝上的縱向和側向壓卡裝置壓緊，壓緊順序自胎位橫向中心向兩端壓緊，最后進行側頂焊接。關鍵控制點：側頂弧度、直線度、不平度≤2mm/m，不允許有硬傷和局部凹凸不平現(xiàn)象;側頂彎梁與側頂板焊接間隙≤0.5mm。焊接工藝：此工序主要完成側頂彎梁、縱向梁、車頂邊梁與側頂板的焊接。焊接過程采用MAG焊，以80%Ar+20%CO2作為保護氣體，焊接填充材料選用?1.0mm的ER50-G焊絲。以側頂彎梁與側頂板的焊接為例，其焊縫形式為z2的角焊縫。為減小焊接變形，焊接前通過工裝卡具配合木錘確保側頂彎梁與中頂板的焊接間隙≤0.5mm，并采用由中間向兩側的焊接順序進行焊接。第二，車頂：平頂組成、中頂骨架模塊、側頂組成、中部端頂，均單獨成組件，在車頂組裝時直接使用。車頂組裝采用正裝工藝，在車頂組焊工裝內完成。制造過程：組裝側頂組成→組裝端頂→組裝平頂模塊→組裝中頂骨架模塊→組裝中頂板→安裝車頂通風器、水箱大蓋框等→車頂兩端及中部安裝工藝支撐→焊后出胎。中頂骨架模塊組裝時，以車頂橫向中心為組裝基準，先將中部中頂骨架模塊進行擺放并檢測各彎梁距車頂橫向中心尺寸是否在公差±3mm范圍內，再依次擺放其他各組車頂骨架模塊，每組中頂骨架模塊中靠近一、二位端的彎梁距車頂橫向中心尺寸在公差±3mm范圍。關鍵控制點：中頂骨架彎梁根部與側頂板之間的間隙≤0.5mm;中頂骨架彎梁間高低差≤2mm/3m;中頂板與彎梁的焊接間隙≤0.5mm。焊接工藝：車頂各組件在車頂組焊胎內完成裝配及部分焊接后進入車頂二次焊接胎進行焊接。其中兩塊中頂板、中頂板與側頂板、側頂板與車頂邊梁的焊接是整個車頂焊接過程中的重點和難點。中頂板與側頂板均為2mm的薄板，且焊縫為縱向通長焊縫，其焊接質量直接影響車頂整體不平度。目前生產(chǎn)現(xiàn)場仍采用MAG焊工藝，保護氣體為80%Ar+20%CO2，填充材料為1.0mm的ER50-G焊絲。側頂板與中頂板的焊縫形式為z2的搭接角焊縫，其焊接參數(shù)同表1。焊接順序為由中間向兩側施焊，整條焊縫采用分段跳焊的形式。

2優(yōu)化制造工藝

鋁的線膨脹系數(shù)和結晶收縮率比鋼大約2倍，易產(chǎn)生較大的焊接變形和殘余應力。為滿足工藝要求，通常車頂在組焊且調修完成后，采用大型加工設備整體加工，但隨之而來的是生產(chǎn)效率低下，產(chǎn)能下降。為提高產(chǎn)能，精益生產(chǎn)，優(yōu)化了車頂制造工藝流程，即車頂組對前對型材按圖紙要求進行機加工，車頂組焊調修后直接流轉至車頂總成焊接胎位，在組裝過程中預制反變形，研配工藝放量，優(yōu)化焊接工藝。通過批次試驗表明，制造工藝流程優(yōu)化后，車頂尺寸和焊縫質量滿足工藝技術要求，節(jié)省工時約7h，產(chǎn)能提高近20%。針對車頂彎梁小骨架模塊整體平面度不一致問題，改用車頂彎梁大骨架組裝工藝，新制車頂彎梁大骨架模塊組焊工裝，大骨架模塊包含6～7根車頂彎梁及相關縱梁，在組焊工裝上通過反裝工藝組焊完成。

結語

通過對時速160公里動力集中動車組車頂結構及制造工藝方法的分析，以及針對車頂不平度問題的探究，提出了車頂不平度質量控制措施，為后續(xù)工作積累了寶貴的經(jīng)驗。

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（作者單位：中車唐山機車車輛有限公司）