城軌不銹鋼車輛鼓型側(cè)墻弧焊工藝研究

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(中車株洲電力機車有限公司，湖南 株洲 412001)

0 引言

城軌不銹鋼車輛因其較好的撞擊吸能特性、防火安全性、輕量化和維護成本低等特點，已成為重要的發(fā)展方向之一[1]。城軌不銹鋼車輛側(cè)墻從外形上主要分為兩種形式：一是梯型側(cè)墻；二是鼓型側(cè)墻。相對于梯形側(cè)墻，鼓型側(cè)墻客室內(nèi)部擁有更大的空間。從焊接工藝考慮，鼓型側(cè)墻相對梯形側(cè)墻在外形輪廓度、平面度控制上對工藝要求更加嚴(yán)苛。本文以株機公司拉合爾不銹鋼地鐵項目為例，探討不銹鋼車輛鼓型弧焊側(cè)墻制造工藝。

1 設(shè)計結(jié)構(gòu)分析

拉合爾側(cè)墻主要由三塊大側(cè)墻單元、兩塊小側(cè)墻單元和門框組成，如圖1。側(cè)墻單元由側(cè)墻骨架和側(cè)墻蒙皮通過電阻點焊構(gòu)成，側(cè)墻骨架由橫梁和立柱通過插接弧焊的方式得到。橫梁、立柱選用厚度1 mm或1.5 mm，材質(zhì)為SUS 301L的不銹鋼板。和公司生產(chǎn)的安卡拉項目側(cè)墻相比，兩者均為鼓形側(cè)墻，基于車輛輕量化考慮，拉合爾側(cè)墻取消了點焊立體接頭等設(shè)計，側(cè)墻骨架焊接方式由電阻點焊改為弧焊，同時減小了側(cè)墻骨架板材厚度。

圖1 拉合爾TC車左側(cè)墻總圖

2 工藝流程分析

拉合爾側(cè)墻制造過程主要分為側(cè)墻骨架組焊、側(cè)墻單元組焊、側(cè)墻總成和側(cè)墻附件組焊。工藝流程圖如圖2。

圖2 工藝流程圖

3 工藝難點分析及控制措施

側(cè)墻輪廓度、平面度是不銹鋼側(cè)墻制造的技術(shù)難點，其主要影響因素為焊接變形。本項目側(cè)墻骨架工序采用弧焊方式，熱輸入大，側(cè)墻骨架在焊后變形大。側(cè)墻單元、側(cè)墻總成工序主要為點焊工藝，熱輸入小，焊后變形相對較小。因此影響不銹鋼側(cè)墻外表質(zhì)量的主要工序為側(cè)墻骨架組焊工序。各工序的主要控制措施如下。

3.1 側(cè)墻骨架組焊

3.1.1 來料質(zhì)量控制

圖3 窗立柱斷面圖

進行側(cè)墻骨架裝配之前，需要對橫梁、立柱來料進行檢查，橫梁、立柱帽型兩邊緣角度需在88°和90°之間，才能減少錯邊誤差量。邊緣角度大于90°，會導(dǎo)致側(cè)墻骨架組焊時立柱下邊緣和工裝下表面不能完全貼合，立柱和橫梁形成錯邊。如果角度過小，即邊緣上翹，后續(xù)蒙皮和骨架點焊時，蒙皮和立柱上翹的兩邊緣之間形成應(yīng)力集中，蒙皮表面會出現(xiàn)凹坑。立柱的其他尺寸要求如表1。

表1 側(cè)墻立柱來料尺寸要求(單位mm)

圖4 窗立柱平面圖

3.1.2 骨架裝配控制

圖5 側(cè)墻骨架工裝

側(cè)墻骨架裝配質(zhì)量直接決定側(cè)墻單元的輪廓度及平面度。由于側(cè)墻骨架的橫梁與立柱采用弧焊連接，大量的熱量聚集在焊縫區(qū)域，使焊接之后的骨架會發(fā)生變形，需要通過工裝采取反變形的方法來控制焊接變形。側(cè)墻骨架工裝對于保證骨架的平面度和輪廓度非常重要，其主要實現(xiàn)以下作用：1)在橫梁方向設(shè)計反變形，減少側(cè)墻骨架焊接之后的變形量；2)為了保證骨架縱向的輪廓度，工裝立柱方向的輪廓設(shè)置需要和側(cè)墻立柱保持一致；3)設(shè)計拉緊塊，使立柱、橫梁插接裝配后和工裝表面緊密貼合。基于以上思路設(shè)計工裝如圖5，反變形設(shè)置如圖6。

圖6 側(cè)墻骨架反變形設(shè)置

3.1.3 骨架弧焊控制

圖7 添加通長梁

為了減少焊接變形，需要控制各焊縫的焊接方法和焊接順序。采用立向下(PG)的焊接方式，熱輸入量較少，形成的焊角較小，能夠有效地控制焊接變形。根據(jù)對稱原則，從中間向兩端完成橫梁與立柱的焊縫焊接。

為減小焊接時骨架的整體變形，可在側(cè)墻骨架組焊時分別添加通長梁點固，加強橫梁懸臂部分和大側(cè)墻上部小縱梁的剛性，側(cè)墻單元組焊完成后切除通長梁，不影響后續(xù)工藝。

3.1.4 側(cè)墻骨架調(diào)修

按上述方法焊接后，使用專門的輪廓度模板和塞尺測得骨架組焊后橫梁和立柱錯邊量在0.4 mm左右，需要用工具將其校正為0.2 mm以內(nèi)(否則側(cè)墻單元點焊完畢后表面平整度差)。骨架組焊完成后，由于焊接變形，側(cè)墻骨架的平面度、輪廓度的誤差大，必須通過火焰調(diào)修的方法使側(cè)墻平面度控制在1.5 mm以內(nèi)，輪廓度控制在1 mm以內(nèi)。因側(cè)墻主要由1～2 mm不銹鋼薄板組成，產(chǎn)生的變形主要為彎曲變形或波浪變形，故一般采用點狀加熱法[2]。為提高矯正速度，避免冷卻后加熱處產(chǎn)生小泡突起，每加熱完一個點后，應(yīng)立即使用銅錘敲打該加熱點周圍，在敲打的同時，里面需要鋼板頂住，敲打結(jié)束時應(yīng)立即澆冷水冷卻。

圖8 側(cè)墻骨架調(diào)火 圖9 調(diào)火后用水冷卻

3.2 側(cè)墻單元組焊

側(cè)墻骨架調(diào)修合格后，需在蒙皮臺位與蒙皮進行電阻點焊，完成側(cè)墻單元組焊。為防止蒙皮鼓包，點焊順序應(yīng)為從側(cè)墻中間向側(cè)墻兩邊進行。同時根據(jù)實際制造經(jīng)驗。先進行側(cè)墻窗下部分點焊，再進行側(cè)墻窗上部分點焊，焊接完成后，側(cè)墻輪廓度及平面度較好。側(cè)墻單元脫胎后，需再一次使用專用輪廓度模板檢測側(cè)墻單元輪廓度，如有超差，需在后續(xù)工序中采取工藝措施進行調(diào)整。

3.3 側(cè)墻總成和附件組焊

側(cè)墻總成工序分別為門框吊裝、側(cè)墻單元吊裝、側(cè)墻總體撓度設(shè)置、BC設(shè)備點焊和其他弧焊。為便于后續(xù)車體總成組焊中側(cè)墻與底架的連接，側(cè)墻必須設(shè)置與底架撓度相匹配的撓度值。如果側(cè)墻撓度與底架撓度不匹配，造成側(cè)墻中部區(qū)域懸空(門立柱底部和底架邊梁出現(xiàn)間隙)，車體組焊時為了裝配需要，強制下壓側(cè)墻，易導(dǎo)致側(cè)墻蒙皮鼓包，影響側(cè)墻外觀質(zhì)量。

圖10 側(cè)墻和底架撓度差異圖

為了防止側(cè)墻蒙皮下部鼓包的現(xiàn)象，須使側(cè)墻撓度與底架的撓度匹配。采用以側(cè)墻窗框中心線為基準(zhǔn)、側(cè)墻下方定位調(diào)節(jié)的方法設(shè)置側(cè)墻撓度。

4 結(jié)論

通過采取以上措施，側(cè)墻平面度可控制在1.5 mm以內(nèi)，輪廓度控制在1 mm以內(nèi)。解決了側(cè)墻外表面焊接變形嚴(yán)重、鼓包等不美觀的問題。為后續(xù)不銹鋼鼓型側(cè)墻弧焊工藝提供解決措施，具有一定的指導(dǎo)意義。

[1] 彭章祝，吳志明.城軌不銹鋼車體制造焊接工藝研究[J].現(xiàn)代機械，2012(3)：1-3.

[2] 鄒增大.焊接材料、工藝及設(shè)備手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.