动车组铝合金车体底架焊接变形控制

魏刚 丁雷 宗正伟

摘要：在动车组结构中，底架作为承上启下的关键承重部件，不但要与侧墙、端墙等焊接，还要与转向架连接。同时，也与车体的制动和部分电气线路有关。因此，底架的产品质量将直接影响整个车体的质量及车体受力分布，因而在底架组焊中应控制焊接变形。

关键词：动车组;铝合金车体底架;焊接变形控制

随着现代交通运输技术的不断提高和运输业的快速发展，高速列车日益成为主流的交通运输方式。动车组车体结构不仅关系到高速列车的整体质量和使用效果，而且关系到运输的安全保障，需引起足够的重视。

一、动车组铝合金车体底架结构及其焊接变形原因

在高速列车动车组构架中，铝合金车体底架通常采用框架式设计结构，主要由枕梁、端中梁、横梁、边梁、地板等部件组成。其中，上述部件的构造材料主要为热处理强化铝合金，具有很强的抗压系数及坚固指数，但铝合金熔点较低，导热系数和热膨胀系数大，在生产中，特别是在焊接中，容易因高温而引起焊接变形，严重时会影响底架的结构稳定性。因此，有必要严格控制焊接过程中的变形情况，以确保车体底架的结构稳定性。

在动车组铝合金底架的具体生产中，通常需进行端部底架预组、底架框架组焊、底架框架零件安装、地板铺装等操作工序，生产流程繁琐，尤其是车架底部的焊接接头数量较多，需进行大量的焊接操作，在操作程序上难度较大。其中，在底部半宽尺寸控制中，由于角度、薄板厚板焊接工艺多，焊接类型复杂多变，是防止车体底架焊接变形的关键对象。

二、动车组铝合金车体底架焊接变形的防控措施

1、加强底架边梁构件的焊接控制。在车体底架的边梁组件位置，由于边梁在排水口附近存在局部凹点，致使车体在此具有较小的宽度。其主要原因是靠近边梁的框架小横梁焊接时产生的横向残余应力在焊缝上形成拉伸力，排水口的出现降低了边梁的刚性，不能有效应对这一拉伸外力，导致边梁产生一定程度的变形。因此，边梁部件焊接变形的防治措施也应从这一原因入手，重点加固边梁处排水口刚性，并增加工艺支撑等相关支撑构件，以有效控制该部件的焊接变形问题。除部件加固外，还应尽可能控制靠近边梁的小横梁安装间隙，若间隙过小，导致小横梁安装难度大时，应尽量避免采用焊接方法处理小横梁，可通过千斤顶等物理压力扩大横梁与边梁间的间隙，以便安装小横梁。另外，由于焊接中需填充一定量的焊缝金属，焊接热量输入在一定程度上增加，容易增加焊接变形量。因此，可通过控制边梁部件焊接闪缝大小来控制焊接变形程度。

2、加强小纵梁部件的焊接控制。通过对车体底架焊接纵梁平面度的测算，以及结合纵横梁的间距进行相应的测量和分析，发现其平面度和间距基本在公差范围内。焊接变形问题主要是由于小纵梁缺乏足够的刚度性，加之小纵梁与附近大横梁间的焊接通常处于不对称状态，且焊缝非常集中，导致焊接变形严重。为此，先要加强小纵梁构件的刚性固定，这是解决焊接变形最基本、最治本的方法。一般情况下，底架枕梁与横梁间需增加一道工艺支撑进行加固，小纵梁的平面部件可增加另一道工艺梁，以大幅提高小纵梁刚性，减少焊接变形问题。此外，需严格控制焊接工艺，小纵梁部件的焊接是车体底架焊接的集中区域，变形风险最大。因此，有必要更加严格地规范焊接工艺，适当引入热量分散的焊接策略，科学合理地规划焊缝冷热，以减少集中焊接引起的局部过热。

3、加强框架构件的焊接控制。在车体底架的框架设计中，由于框架结构比较复杂，也需大量的焊接操作，从而增加了焊接变形风险。因此，在框架构件的焊接过程中，必须事先规划并合理优化焊接顺序，尽量采用对称焊接，使焊接过程中产生的热量基本处于相对均衡状态，避免局部过热造成焊接变形。在顺序焊接过程中，可先焊接枕梁和边梁，再焊接牵引梁和枕梁，最后焊横梁和边梁、缓冲梁和边梁，使焊接过程始终保持相对均衡状态，减少框架构件焊接不均匀引起的变形问题。

4、底板铺装时焊接变形的控制。①刚性固定。在底板铺装焊接过程中，因底板与框架的焊接工作量大，而且焊接后底架框架两侧会有一定程度的上翘，为尽量减少对底架宽度的影响，底架框架和钢板应拉紧，以便底架框架有一定的刚性固定。②缓冲梁预制反变形。用支撑撑住缓冲梁中部，并且缓冲梁两端向下拉紧。在此过程中，端部和中部间的高度应控制在6mm左右。

5、底架车钩变形控制。底架车钩变形控制主要分为车钩面板垂直度控制、车钩中心孔至边梁间尺寸控制。车钩面板垂直度底架工序要求为0.3mm，直接影响整车运行安全。一旦车钩前后严重倾斜，组装车钩易低头或扬起，导致整车运行脱轨隐患，因此，在底架工序中必须严格控制车钩面板垂直度，防止因端部缓冲梁与地板焊接造成车钩面板变形。车钩中心孔和边梁间的距离也十分重要，公差要求小于3mm，其尺寸精度直接影响车体的落地及转向架安装，需重点控制。

为控制车钩面板垂直度和车钩中心孔到边梁的距离，根据车钩特点，先单件整体加工，再在底架组焊工装制定车钩面板固定装置，控制焊接变形。图1a显示了加工后车钩单件状态，加工原因是车钩焊接后由于空间限制，底架组成无法加工，以保证车钩面板平面度，便于车鉤固定座的安装。图1b是安装在车钩上的车钩固定座示意图，车钩座具有足够刚强度，并固定在组焊工装框架上。使用前，其垂直度和中心销到边梁的距离均经严格检查，符合要求以此为基准，将端部缓冲梁车钩面板中心孔安装在车钩面板固定装置上进行组焊，能有效防止车钩面板垂直度变形及车钩面板中心孔至边梁距离超差问题。

三、动车组铝合金车体底架焊接控制变形效果

一般来说，在动车组铝合金车体底架焊接控制变形的前期阶段，其底架的半宽数据往往表现出较大的波动状态，并且其半宽的平均公差值通常分布在-2.5mm至-0.5mm之间，另外，需注意的是，其制造质量的合格性问题仍需进一步保持，仍不能呈现出稳定状态。另外，在高速动车组铝合金车体底架焊接变形控制后期，焊接变形量通常会大幅减小，此时半宽平均公差大多分布在-1mm到0mm之间，该数值区域的分布对半宽尺寸的稳定性有着重要影响，在很大程度上，其稳定性得到了极大提高。由此可见，这对动车组铝合金车体底架焊接的实际质量控制具有重要影响。同时，其质量也能得到最大程度的有效保障。

四、结束语

总之，随着经济的发展，高速列车日益成为人们出行的交通工具。高速列车的稳定安全运行直接关系到乘客的安全，而铝合金车体作为高速列车的载体，其生产质量直接影响车体运行的安全性能。因此，在生产中必须严格控制铝合金车体关键部件的质量。动车组是近年来我国主导研发的高速列车之一，它的成功标志着我国高铁行业在国际轨道车辆发展上迈向了一个新台阶，标志着我国进入了世界先进的高铁领域。由于动车组运行速度快，且长期高速运行，所以对焊接件的质量要求极为严格。底架作为动车组的重要组成部分，承受着来自车钩和转向架等的巨大冲击载荷，生产质量对车辆的安全运行及使用寿命起着重要作用。因而需从根本上重视底架的生产，严格控制底架生产质量。

参考文献

[1]王彦龙.动车组铝合金车体底架焊接变形控制[J].工程技术，2019（05）.

[2]王立夫.动车组铝合金车体底架焊接变形控制[J].机车车辆工艺，2017（10）.