铝合金车体底架与缓冲梁焊接变形的控制

2013-08-02唐山轨道客车有限责任公司河北063035邹侠铭昝桂云柳士强

金属加工(热加工) 2013年10期

唐山轨道客车有限责任公司（河北 063035）邹侠铭昝桂云柳士强

1.概述

由于铝合金材料诸多优点，使得铝合金结构车体在城轨、地铁等城市轨道车辆上的应用逐步推广。由于动车组车体底架与缓冲梁结构采用铝合金材质，因此在制造过程中底架与缓冲梁焊接时出现焊接变形量大，不易控制的问题。缓冲梁组成是动车组车体承受拉伸载荷的关键部件，其焊接质量对车体的强度、安全性有重要影响。本文对底架与缓冲梁焊接工艺进行分析，提出了解决铝合金车体底架与缓冲梁焊接变形的控制方法。

2.底架与缓冲梁结构分析

车体底架结构主要由60mm厚铝合金型材地板、边梁型材和缓冲梁焊接组成。缓冲梁组成主要包括：支撑梁组成、横梁组成、筋板组成、地板连接型材，如图1所示。从底架组成结构中可以看出，底架与缓冲梁焊接质量是影响车体结构强度的关键，因此，如何保证铝合金材质缓冲梁与底架焊接满足车体强度和刚度要求是质量控制的关键。

图1 车体底架与缓冲梁组成结构

3.底架与缓冲梁焊接工艺分析

（1）焊接工艺流程根据底架与缓冲梁装配尺寸技术要求，以底架中心线为基准测量一、二位缓冲梁装配位置尺寸。焊接工装在设计上采用可调定位装置，保证缓冲梁装配位置尺寸；通过底架中心线与焊接工装定位可调装置，保证一、二位端缓冲梁装配位置尺寸。

底架与缓冲梁组焊工艺采用反装定位、焊接，解决了缓冲梁与底架反面装配、焊接的问题。装配一、二位端缓冲梁并调整与底架中心线偏差，使装配尺寸符合技术要求。焊接底架与缓冲梁焊缝，焊接后对底架与缓冲梁组成进行检测和工艺调修。根据底架与缓冲梁焊接工艺特点，制定底架与缓冲梁焊接工艺流程：底架入反装定位夹紧→装配一、二位端缓冲梁→检测缓冲梁位置尺寸→装配地板连接型材→调整缓冲梁与立筋尺寸→焊接端部缓冲梁→检测调修。

（2）焊接变形及改进措施底架与一、二位端缓冲梁焊接后，在检测工装上进行底架组成测量，其结果：底架组成端部下塌15～20mm，端部地板型材产生波浪形焊接变形及焊缝缺陷。

底架与缓冲梁组成装配设计上，以连接型材为基准装配缓冲梁组成，在焊接连接型材时，由于连接型材强度较低及地板型材壁厚较薄，故造成端部地板在纵向焊缝处产生下塌变形。

控制底架与缓冲梁的焊接变形及焊缝缺陷的措施如下：

第一，缓冲梁的4组筋板组成与地板上4条立筋对接试配过程中，允许对缓冲梁4组筋板组成进行修磨，以保证对接焊缝装配位置尺寸，如图2、图3所示。由于地板与边梁焊接后整体强度较高，在焊接工装内采用F型卡与端部地板固定整体下拉挠度，预制底架端部反变形。

图2 缓冲梁筋板组成与地板立筋连接

图3 缓冲梁组成

第二，缓冲梁组成焊接后横梁直线度存在误差，使得连接型材与缓冲梁横梁装配困难。将缓冲梁与连接型材点固，焊接连接型材后拆下缓冲梁，在进行连接型材内侧焊缝焊接，保证缓冲梁与连接型材之间的装配尺寸。根据连接型材与地板焊接变形过大的问题，同样在焊接工装上预制反变形，以控制地板焊接变形过大问题，如图4所示。

由于铝合金材料焊接变形量较大，为了控制底架与缓冲梁焊接后，底架端部左右边梁宽度尺寸收缩的问题，在底架一、二位端左右边梁之间增加横向工艺支撑，并将横向宽度尺寸增加5～10mm放量，以控制底架组成端部宽度尺寸焊接后的收缩变形。

第三，生产过程中连接型材内部两条焊缝焊接后发现宽度尺寸收缩，在进行与缓冲梁装配时仍然造成装配困难。因此，将连接型材与缓冲梁之间预留一定间隙补偿焊接收缩量，以满足底架与缓冲梁装配焊接工艺要求，解决了地板连接型材与缓冲梁装配间隙过小或过大的问题。在单件工艺放量中要考虑组件装配尺寸，如图5所示。

图4 连接型材与地板焊接

图5 连接型材与横梁装配

实践证明，采用工艺放量和预制反变形工艺方法，可以较好的控制底架与缓冲梁焊接变形，保证车体底架与缓冲梁装配和焊接变形的控制，优化和改进车体底架组成焊接工艺。

（3）焊缝缺陷 ①产生的主要原因：焊前预热温度和预热范围不均，焊缝间隙过小；焊缝层间温度控制不规范；缓冲梁与边梁装配尺寸间隙较大。②改进工艺措施：改进预热方式并提高预热温度；严格控制层间温度，优化焊接参数；生产中按照工艺要求控制热输入；增加缓冲梁与边梁焊缝内侧专用焊接垫板。

（4）调修工艺使用水平尺检测左右边梁宽度方向平面度。根据检测结果和偏差数值，确定采用火焰调修还是机械调修。由于底架边梁焊接结构强度较高，所以一般采用火焰调修方式。调修时对底架边梁焊缝处进行火焰加热，加热温度控制在180℃以内。调修后的底架左右边梁在宽度方向内平面度≤1mm，保证底架左右边梁平面度符合设计图样技术要求。

（5）检测将底架组成吊装检测工装，按照底架组成检测图样与检测表，使用莱卡检测仪对底架进行检测。底架中心线纵向尺寸偏差≤1.5mm；底架一、二位端宽度尺寸偏差≤2.5mm。缓冲梁（车钩面板）垂直度检测：缓冲梁（车钩面板）与参考线（车钩中心）垂直度误差≤1.5mm，如图6所示，检测数值符合动车组车体底架组成技术尺寸要求。