新型动车组铝合金车体底架制造工艺探讨

庄清霖

中车青岛四方机车车辆股份有限公司 山东省青岛市 266111

摘要：新型动车组铝合金车体底架在制造组成焊接的过程当中,可能会出现很多的问题,例如可能会出现车体底架的前端发生下翘以及变形的情况抑或是车架端部的材料发生波浪型的形变。这些问题对于新型动车车体底架的制造是相当麻烦的，本文对新型动车组车体的底架结构以及底架制造的工艺进行具体的分析介绍，并且提出了一些解决底架的关键组件在制造焊接过程中发生形变的措施，最终能够实现新型动车组的高质量高效率生产。

关键字：车体底架制造；制造焊接变形问题；制造工艺

1 新型动车组车体底架组成结构介绍

新型动车组车体结构使用铝合金材料，由各个部分焊接而成。而在车体底架这一重要的支撑结构部件上，将CRH3以及CRH5型底架的优点充分集成结合了起来，底架的主要组成部

分有端部缓冲梁以及空气动力学前段、边梁、横梁、地板等。

在新型动车组车体底架的组成结构中，有两个比较关键的部件，一是端部缓冲梁，二是空气动力学前端。这两个部件的主要作用是为车钩建立连接并且承载不同的车厢之间力的传递。这两个部件是车体底架结构的重中之重，其制造和装配的质量的好坏，直接决定了整个动车组在实际运作过程当中的安全性能和稳定性能。因为它们的结构较为复杂，组成的部件也比较多并且有很多的焊缝，在制造焊接的过程当中，很容易出现变形的情况，因此制造出尺寸参数合乎设计要求的端部缓冲梁和空气动力学前端组件，从而降低部件的焊接变形情况是当前新型动车组车体底架制造工艺的关键。

2 车体底架制造工艺介绍与分析

2.1 底架制造工艺设备的选用

新型动车组车体使用的材料都是铝合金，构建了全铝合金材料车体。由材料的选型可以确定在制造组焊车体底架的过程中选用的设备型号，使用MIG焊接机器来完成车体底架的焊接工作，在焊接过程中也使用了保护气体，为了保障焊接的安全，使用的是氩气，氮气和氦气三种惰性气体混合的保护气。

在对车体底架进行组成焊接制造的过程中，由于动力学前端和端部缓冲梁的结构相对特殊，并且在组焊过程中容易发生形变，因此采用的工装方式是将翻转工装和反装焊接工装相结合的方式来进行焊接制造。

2.2 底架制造工艺流程的确定

底架制造工艺流程整体上是确定的，底架制造工艺流程示意如下图所示。装配人员先要将制造出来的基础车体底架结构的两端反装，然后进行定位卡紧。在此之后，以此对空气动力学前端和端部缓冲梁进行组焊。因为前文已经介绍到了底架的端部缓冲梁和空气动力学前端具有相对特殊组成结构^［1］。因此在进行端部缓冲梁，动力学前端和地板之间的组焊时，会有很多的分布并不均匀的焊缝出现，因此要尽量避免在组焊装配过程当中这些部件发生较大的变形情况，因此在焊接过程中需要有合理的组成焊接顺序，这样能保证在进行下一步骤组焊的时候，不会对上一层已经焊接完成的结构产生较大的形变，这一顺序主要是由车体底架各部件的特性决定的。

2.3 底架制造工艺中存在的一些问题

对底架端部缓冲梁和空气动力学前端和地板以及边梁的连接方式进行分析，可以发现如果对组焊的部件不进行约束就进行焊接的话，车体底架I位端空气动力学前端在完成焊接之后会发生形变，向上翘10毫米左右，如图1所示。

图1 空气动力学前端形变示意图

而车体底架II位端缓冲梁和地板型材完成焊接之后，在地板型材上会发生7毫米左右的波浪形的焊接形变。端部地板型材形变示意图如图2所示。

图2 底架端部地板型材波浪变形示意图

如果上面提到的形变问题不能够及时的找到办法去解决的话，虽然只是很微小的形变，但是对后续车体的装配过程会造成较大的影响，从而影响车体整体装配的质量。对于以上谈及的车体底架组焊制造过程可能会遇到的焊接变形的情况，必须要对底架焊接制造工艺进行针对性的优化，并且在实际的生产制造过程当中不断观察改良制造工艺的效果，并且进行更进一步的反馈优化。

3 如何优化组焊加工制造工艺，解决组焊后形变的问题

3.1 关键尺寸参数的控制

新型动车组使用的铝合金车体，其中的重要组成部分就是车体的底架。要想保证车体在焊接时不会发生过大的形变，在对空气动力学前端和底架端部缓冲梁与其它车体底架部分进行焊接的时候，需要特别注意一下车体底架的一些关键尺寸参数，如底架组成的宽度、对角线，地板的平面度以及车钩面板的安装尺寸等参数的准确性，这些尺寸参数的正确性是保障车体底架不发生过大形变的保障。

为了控制空气动力学前端和端部缓冲梁这两个底架关键部件在焊接之后的形变程度，在进行车体底架装配之前就要对空气动力学前端和端部缓冲梁这两个部件进行相应的检查，检测这两个组件的质量，保证各组件一开始在尺寸和参数上是满足设计的要求。

3.2 形变控制方法

研究发现，空气动力学前端和底部缓冲梁发生形变是因为进行焊接时候的温度过高，散发的热量多，而地板又比较的薄，所以导致了动力学前端发生了上翘形变及地板波浪变形。而通过优化组件焊接顺序，控制焊接温度，提前在反方向预置形变量或添加刚性固定等方法，能有效的解决该问题。而底部缓冲梁也可以通过使用分段、交错焊接方式避免焊接温度过于集中来控制其在组焊过程的形变

^［2］。

结束语：

通过对车体底架结构和制造工艺的分析，最终得出了以改进焊接底架各组件的顺序、控制组焊温度，预置反变形、添加刚性固定的方法，可以有效的解决在焊接之后发生形变的问题。而车体底架焊接变形的问题的解决，为新型动车组的高质量生产提供了保障。

参考文献：

［1］薛克仲.城市轨道车辆车体材料选择［J］.城市轨道交通研究，2003(1):14－19．

［2］王炎金，丁国华.铝合金车体制造关键技术研究［J］.焊接，2007 (7):12－16．