高速動車組鋁合金車體底架焊接變形控制

王振宇　王忠平

摘 要：現本文就高速動車組車組底架的主要構成部分，對底架所規定的標準尺寸和焊接變形進行分析，探究底架生產制造技術、關鍵控制尺寸以及相關焊接變形等問題。探究過程將焊接模擬、控制和現車裝配相結合，探討動車底架焊接變形的控制計劃，得出如果在部件焊接前對其增加一些反變形量，加之高質量技術與合理有序進行焊接，會將底架焊接變形控制到最好，得以解決動車組底架的焊接質量問題。

關鍵詞：高速動車組;底架;焊接變形;控制措施

隨著社會高速發展，交通方式也在不斷滿足社會的需求，高速動車開始和我們的日常生產生活息息相關，成為人們出行選擇的重要交通工具之一。高速動車的高速穩定，安全運行對乘坐人員的安全有著直接的影響，鋁合金車體作為高速動車的重要載體，高速動車的車體運行安全直接取決于鋁合金車體的生產質量的好壞。所以在生產鋁合金車體是應嚴格把控每個生產環節以及重點部件的生產質量。

1、底架的結構及焊接變形分析

C鋁合金車體底架的設計機構主要是框架式，組成機構包括：枕梁、端中梁、橫梁、邊梁、地板等。底架枕梁、橫梁采用的材質是A7N01S-T5，底架邊梁、地板采用的材質是A6N01S-T5，這兩種材質屬于被熱處理強化后的鋁合金。鋁合金因為熔點偏低，容易導熱和膨脹，所以在焊接過程中焊接變形的情況會經常出現。這樣會造成一系列的無用功，就焊接變形問題作出控制變形的有效分析，得以降低焊接變形概率。

鋁合金整個底架模塊的生產工序要按照端部底架的提前組裝、底架框架的組成焊接、底架框架各部件的安裝、地板鋪裝來進行。底架的機構成分較多，焊接接頭多，導致焊接量偏大。車體底架多是厚板焊接，焊接過程中非常容易變形，尺寸就很難進行把控，底架半寬尺寸的難以控制是典型。把控好半寬尺寸，底架的其他重要尺寸也就容易估量。所以把控半寬尺寸應是控制底架焊接變形的針對性重點。

邊梁直線度、小縱梁、橫梁、底架框架、地板鋪裝這一系列工序產生的焊接變形是影響底架半寬尺寸的成因，可以采用剛性固定、改良焊接工藝、預先制定反變形、適當的增多工藝加長尺寸這些辦法來控制。

高速動車組底架的生產要通過一系列工件整體加工才能制造完成整個底架。底架是動車組最重要組成部分，其焊接量也是整個工序中最大的，并且結構錯綜復雜，所牽連的焊縫形式多且較集中，就是因為這一系列的原因導致焊接變形。

2、焊接變形控制

2.1 邊梁直線

通過對遞降框架焊接完成的邊梁直線度測量，在邊梁的周圍有局部凹點，造成這處的車體寬度變小。這是因為焊接周圍框架小橫梁的時候，焊接過程中會產生橫向殘余應力將焊接縫隙兩側的邊梁拉向車體內。排水口是這處邊梁的剛性弱化了，在焊接時產生變形。就這個問題需作出以下整改：剛性固定，在容易變形的排水口處家工藝撐用以支撐，增加此處抵抗變形的力;強化工藝尺寸;在組裝過程中要注意控制間隙。

2.2 小縱梁和大橫梁的焊接變形控制

將完工的框架縱梁平面度和縱橫梁之間的距離測量，觀測出平面度和間距在公差區間內，但幾乎接近公差，產生這一情況的原因是焊接小縱梁發生變形導致的，因為小縱梁抗變形能力較弱，并且這一區域屬于不對稱焊接，焊縫太過集中，所以需要采取的措施是：固定剛性，在枕梁和橫梁之間用工藝撐加以支撐，還有小縱梁上再加入工藝梁，以此提高小縱梁的抗變形力，控制焊接變形的情況。

2.3 底架框架焊接變形控制

底架框架由于結構本身設計得比較復雜，焊縫數量比較多，未來控制焊接變形，必須要按照焊接順序進行焊接。先要操作枕梁和邊梁的焊接工序，然后再是牽引梁和枕梁的焊接，最后操作橫梁和邊梁以及邊梁和緩沖梁的焊接，嚴格按照要求從中間向兩端的進行對稱焊接。見圖1。

2.4 地板鋪裝時焊接變形控制

焊接時，由于地板和框架的焊接處比較多，焊接后可能有上翹的情況發生，為了減小鋪地板時焊接變形發生的幾率，剛性固定底架框架是非常有必要的。

焊前制定緩沖梁反變形。用工藝撐撐住緩沖梁中部，結合拉緊器將緩沖梁兩側往下拉緊，使前端和中部基準的高度差距為6mm，就可以提前將反變形量設為6mm。

3、焊接變形控制效果

通過對9輛車380個底架半寬尺寸的研究數據統計分析，獲得的數據如圖2。

根據圖2中的數據可以得出，在變形控制以前，底架的半寬數據較不穩定，平均半寬公差在（-2.5～-0.5mm）范圍之間，其生產質量不穩定。在變形控制后，焊接的變形數量在大幅度減少，平均半寬公差在（-1～0mm）范圍之間，大大將半寬尺寸的穩定性提升。

實施生產過程中，采用有力的舉措，將底架半寬公差控制在（-2～0mm）范圍之間，會使鋁合金底架的產品質量得到很大程度的提升，從而滿足生產需求。見圖2.

4、結論

我國近幾年來，把動車組作為我國高速列車主導研發的項目，它的研發成功標志著我國高鐵事業更進一步，跨入了世界高鐵組織中。由于高速運行過快，且時刻保持高速運行的狀態。為了保證高速動車運行安全，就要嚴格要求焊接部件的生產質量。底架作為動車組結構的重要部分，在運行時承載著來自車鉤和轉向架的高負荷沖擊，因此其生產質量直接影響著人們的出行安全以及動車的使用壽命。以最高標準嚴格管控底架的生產質量。深入探究我國動車組控制焊接變形的問題，了解底架的組成部分以及制造過程。通過制定符合焊接標準的工序，然后再加以實踐，從中找出會發生焊接變形的一系列問題，再針對問題找出解決問題的辦法。控制底架焊接變形需要在焊前制定一些反變形、焊接工序、以及給予放量作為預變性，使能有效解決底架焊接等問題，提升高速動車組底架生產質量，保證人們出行安全，促進社會發展。

參考文獻：

[1]張風東，劉勝龍.高速動車組鋁合金車體底架焊接變形控制[J].機車車輛工藝，2012（06）：22-23.

[2]李濤，邢艷雙，李俊民，張浩汝，劉海全.鋁合金地鐵端部底架焊接變形的控制工藝[J].機車車輛工藝，2019（05）：22-24.

[3]謝素明，李萬鵬，袁騰，韓志遠，程亞軍.動車組鋁合金車體結構整體剛度的影響因素分析[J].大連交通大學學報，2019，40（05）：18-23.

[4]徐陽，王翔宇，欒嵐.時速160 km城際電動車組鋁合金車體工藝研究[J].機車車輛工藝，2019（03）：17-18+21.