軌道車輛鋁合金地板鋪裝焊接變形研究

孟祥瑞

（南車青島四方機車車輛有限公司，山東 青島 266111）

我國高速動車組采用的鋁合金主要有5000系、6000系、7000系。軌道車輛鋁合金車體地板采6000系合金，其為大型中空鋁合金擠薄壁壓型材組焊結構。由于長直焊縫焊接存在較大的焊接變形，因此，在地板鋪裝過程中，需要預置反變形及優化焊接順序。本文從底架框架固定、反變形設置、地板鋪裝、焊接工藝等方面對高速動車組地板鋪裝工藝進行分析。

1 地板鋪裝焊接變形分析及工藝改進措施

結合底架結構和影響焊接變形的因素，主要從以下幾個方面解決地板鋪裝長直焊縫焊接變形問題：（1）增加剛性固定；（2）預置焊接反變形；（3）優化焊接順序。

1.1 增加底架框架的剛度

采用適當的方法來增加焊件的剛度和拘束度，可以達到減小焊接變形的目的。根據底架框架的結構特點，選擇利用臨時支撐的方法增加底架框架的拘束度，在底架框架不同部位增加臨時支撐和拉桿，臨時增加底架框架的剛度，從而有效地減少焊接變形。

首先將底架框架吊裝至鋪設地板胎位上，確認用于支撐底架框架的工裝的支撐位置，并嚴格按照定制位置擺放，底架支撐工裝的尼龍塑料墊塊不得有破損，沉頭螺栓不得松動，發現狀態不良應及時進行修復。其中，底架框架中部支撐應放置于底架縱向中心處；底架框架端部支撐應放置于底架框架枕梁中心內側，到枕梁中心線的距離為（400~600）mm。

在對底架框架進行固定之前，需要測量包括底架框架邊梁的直線度在內的多個關鍵尺寸，并對關鍵位置進行調整，防止底架框架固定后其關鍵尺寸發生改變。如為測量邊梁直線度，需要在底架框架四角用墊塊與線繩進行測量，確保邊梁直線度不大于1mm/m。同時還需要測量整個底架框架的對角線差、一二位端枕梁對角線差等關鍵數據，如不滿足使用要求則需對底架框架進行調整。

當底架框架各種尺寸調整完成以后，需要通過手動拉緊器拉緊大橫梁的方式對底架框架增加剛性固定。剛性固定點應均勻分布于底架框架，并且需要對稱，交叉布置。每兩個固定點一組，每組固定于相鄰兩根大橫梁，并且每組間距不大于5 000mm。為滿足對底架框架的剛性固定，手動拉緊器的規格為1.5 T。

1.2 預置焊接反變形

根據焊接件的變形規律，在焊前預先將焊接件向著與焊接變形的相反方向進行人為的變形，使之達到抵消焊接變形的目的。利用鋪設地板胎位及端部支撐，將底架框架預置反變形，待焊后松開夾具，使焊件回彈后起形狀和尺寸恰好達到技術要求。

為實現在底架框架上預置反變形，需要在底架框架端部，用油壓千斤頂或頂針對端部緩沖梁進行支持，支撐位置為緩沖梁與牽引梁連接處補強板。為避免油壓千斤頂或頂針工作面與緩沖梁直接接觸，需要在油壓千斤頂或頂針工作面與緩沖梁之間放置過度鋁板。

用手動拉緊器將緩沖梁兩側拉緊并固定，根據對前期動車組地板鋪裝變形量統計分析，在底架框架處預置6mm~8mm的反變形。

1.3 優化焊接順序

裝配焊接順序對焊接結構變形的影響很大，因此選擇合理的裝配和焊接順序會降低焊接變形量。由于底架框架地板鋪裝屬于焊縫對稱布置的結構，在進行焊接時，應采用兩側對稱施焊的焊接方法。

首先使用段焊焊縫位置樣板，將中部橫梁以及邊梁上面需要標識的焊縫（段焊）位置畫出來，將地板吊運至底架框架。按照圖紙及車體制造條件要求，調整地板位置，確保地板的鋪裝符合要求，并將地板與底架框架固定連接。

對焊部位進行焊前打磨，利用鋪底板壓緊裝置從正面壓緊地板，采用邊壓緊邊點固的方式將地板與底架框架進行定位焊。壓緊時壓緊力不允許超過0.6MPa，同時對地板與大橫梁、邊梁的搭接焊縫進行定位焊，定位焊的焊接位置應避開零部件端部和拐角部，原則上應在距端部20mm以上的地方進行焊接，地板與底架邊梁、底架中部橫梁的焊接方式。

在焊接時，要按照由中間向兩端的焊接順序，保證一位側、二位側地板與邊梁之間的焊縫同時進行焊接，最后焊接端部焊縫，端部焊縫同樣采用對稱焊接的方式，由車體中心線處向兩側同時進行，如圖1所示。圖中①與②、③與④兩條焊縫可以同時進行焊接操作。

圖1 優化焊接順序

地板正面長直焊縫焊接結束后根據工藝文件要求對焊縫進行打磨、探傷及氣密檢驗，焊縫檢查合格后拆卸底架剛性固定及預置反變形工裝。翻轉底架進行地板與大橫梁、邊梁的搭接處段焊焊縫的焊接，焊接順序同地板正面長直焊縫的焊接順序一樣。

2 地板鋪裝焊接變形控制效果

通過上述三種焊接變形控制方法的應用，使得焊接變形量大大減少，邊梁直線度、底架平面度等尺寸的穩定性得到較大提高。在實際生產中，通過以上措施的應用，將邊梁直線度控制在1mm/m、全長不大于6mm；枕梁下平面的平面度控制在2mm/m；緩沖梁的平面度控制在2mm/m；底架上平面的平面度控制在全長不大于4mm。較大地提高了底架產品品質，降低了后續零部件的裝配的難度。

3 結束語

通過底架焊接變形控制方法的研究與應用，鋁合金底架的產品品質得到了很大的提高。解決生產中遇到的難題會不斷激發我們研究更多焊接變形控制方法，從而提高鋁合金焊接工藝水平。

（1）主要通過對底架框架增加剛性固定，預置焊接反變形，優化焊接順序的措施改善底架地板鋪裝焊接變形。

（2）在實際生產中，通過焊接變形控制措施的應用，將邊梁直線度控制在1mm/m，全長不大于6mm；枕梁下平面的平面度控制在2mm/m；緩沖梁的平面度控制在2mm/m；底架上平面的平面度控制在全長不大于4mm。

（3）底架地板鋪裝焊接變形原因的分析思路及控制措施應用對其他產品的焊接變形控制提供一定的借鑒意義。

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