碳鋼地鐵車輛鋼結構生產制造方案

谷紹龍 中車唐山機車車輛有限公司

隨著科技的不斷發展進步，先進焊接工藝技術的開發，軌道交通工具鋼結構材質也在快速變換，大概經歷了碳鋼弧焊、不銹鋼點焊和鋁合金型材自動焊等階段，尤其在我們得到快速發展的高速鐵路，車體結構全部為鋁合金大斷面型材自動焊接。但是碳鋼地鐵車以焊接工藝技術成熟、產品價格和維修方便等優勢，仍在國內和中東國家占有一定市場份額，日常出行乘坐的特快、快速和普快列車全部為碳鋼材質鐵路客車，項目車體鋼結構均為碳鋼材質。

1.概述

本項目共計20列100輛車，全車整體由端墻、側墻、車頂和底架4大部件構成，采用熔化極非惰性氣體保護焊、TIP TIG和激光焊等先進焊接工藝，保證車體鋼結構整車強度要求，車體鋼結構制造質量直接影響列車性能的穩定性，攻克影響車體鋼結構質量的各項難點就顯得尤為重要。

2 .工藝難點

（1）受部件公差累計影響，車體鋼結構側頂板與側墻板搭接區域焊縫存在未填滿現象。

（2）受門口區域產品結構限制，側墻板采用小板工藝，上、下墻板激光焊拼接，通過14塊墻板組對保證側墻門口寬度、寬度和門角等尺寸要求，但墻板無法預拉緊，側墻鋼結構組焊后墻板松弛。

（3）底架鋼結構與不銹鋼城軌車結構相似，但全部為09CuPCrNi的耐候鋼材質，全部采用弧焊方式焊接，焊接量大，焊后底架鋼結構平度較難保證。

（4）側墻鋼結構一、二位端無立柱支撐固定，墻板處于自由狀態，同時橫梁間距大，導致側墻板焊后一、二位端成波浪形，帽型梁腔內位置內凹墻板無法調修，車體鋼結構總組成時，端墻側墻接口處凹凸不平。

（5）側墻鋼結構立柱根部無橫梁連接，墻板處于自由狀態，車體鋼結構總組成時側墻與底架焊縫區域平面度差，同時車體鋼結構側墻和端墻接口墻板下邊沿直線度影響車輛外觀。

（6）底架鋼結構焊接全部采用弧焊工藝，受料件公差、主橫梁組對誤差和焊接過程中生產變形等因素影響，底架主橫梁設備吊裝眼孔精度常無法滿足要求。

（7）底架主橫梁組成結構不同于鐵路客車和不銹鋼城軌車，主橫梁通長方向具有補強梁和補強筋板，焊接量大，主橫梁直線度和平面度難以保證。

3 解決措施

（1）側頂板與側墻板搭接區域理論間隙2 mm，由于側墻上邊梁至立柱根部高度（-3，+2） mm，端墻端角柱根部至上邊梁高度（0，+3） mm，受公差積累影響，側墻和端墻頂部普遍存在高度差；側墻板與上邊梁搭接量理論尺寸13 mm，側墻鋼結構實物局部位置存在按照-2 mm負差切割現象。端角柱、立柱和門立柱的根部至上端梁上平面高度按照（0，-3） mm控制，同時保證底架與端墻貼合面間隙≤1 mm；總組成裝車時使用拉桿重點將側墻邊梁與車頂側頂板間隙調整至標準范圍內。

（2）側墻板采用大板工藝，分別將兩塊側墻大板拉伸后放置于組焊平臺上，墻板下板邊與定位塊或定位線貼嚴，兩塊大板留有1～2 mm間隙后按100（500）點固連接墻板，使用預拉緊裝置拉伸墻板；側墻清理工序焊接大板對接焊縫，測量上邊梁上板邊與墻板上邊緣尺寸，保證距離為18～20 mm后，用靠板切割側墻高度方向多余墻板，將墻板毛刺打磨干凈，將長度方向多余的墻板用等離子切割掉；拉伸大板的設備夾持點之間的間距最小為25 200 mm，大板長度需為25 250 mm，在大板拉伸后將其切割成側墻墻板時會產生1張19 000 mm×350 mm左右和兩張6 400 mm×1 250 mm左右的剩料。

（3）控制主橫梁組成直線度和平面度尺寸，保證主橫梁組對前尺寸整體不大于2.5 mm；各主橫梁、地板梁組裝點固后統一對稱施焊，避免累積變形；波紋地板之間搭接段焊車體橫向中心線對接平焊，波紋地板與橫梁之間間隙≤1 mm；嚴格控制波紋板橫向公差，保證波峰、波谷一致性；波紋地板之間搭接段焊車體橫向中心線對接平焊。

（4）側墻鋼結構一、二位端橫梁加密，保證橫梁間距不大于300 mm，并將帽型梁改為乙型梁，橫梁間增加小立柱，形成封閉結構。

（5）總組成工序現車研配端墻和側墻一、二位端下墻板，保證端、側墻一、二位端下墻板立柱根部距板邊尺寸差不大于2 mm；車體鋼結構總組成時保證立柱根部與底架邊梁貼嚴，間隙不大于1 mm；總組成檢測工序使用打磨端、側墻與底架邊梁搭接區域墻板，達到過度圓滑，無明顯凸起效果。

（6）加強筋采用對稱交錯焊接形式，先立焊后平焊，交錯焊、對稱焊和平焊3種焊接組成之間至少冷卻20 min，避免焊接熱量集中，焊后水冷；主橫梁型腔內增加墊塊，沿主橫梁長度方向均布5個；根據焊接變形區域，在主橫梁中心兩側墊塊預支4～5 mm焊接反變形；改進工裝結構，左右方向壓緊裝置設置與定位塊相對應，相鄰補強筋板間設置高度方向壓緊裝置。

4 結語

通過項目車體團隊的共同努力，現有碳鋼材質地鐵車輛制造工藝方案進一步優化，探索開發出適用于碳鋼車體生產制造的升級版工藝方案，工藝團隊解決現場關鍵和重點技術質量問題共計50余項，包括車體鋼結構平面度、底架平面度、車體對角線和枕內中心距等尺寸項目項點均得到有效控制地鐵車體鋼結構生產制造受到認可和高度肯定，車體鋼結構外觀平整度滿足了項目合同的嚴苛要求。