新一代高速列車模型車車體制造工藝設(shè)計(jì)

唐山軌道客車有限責(zé)任公司 （河北 063035） 胡文浩 王廣英

1.概述

為了全面貫徹鐵道部關(guān)于高速列車“引進(jìn)、消化吸收、再創(chuàng)新”的發(fā)展要求，唐山軌道客車有限責(zé)任公司（簡(jiǎn)稱“唐車”）在成功生產(chǎn)CRH3型高速列車的基礎(chǔ)之上，研制了國(guó)產(chǎn)新一代CRH系列高速列車。為了充分展示新一代高速列車的實(shí)際效果，同時(shí)提前驗(yàn)證新一代高速列車在設(shè)計(jì)優(yōu)化和工藝改進(jìn)方面的合理性，及時(shí)發(fā)現(xiàn)技術(shù)更改所帶來(lái)的新問(wèn)題，為實(shí)現(xiàn)新一代高速列車的批量化生產(chǎn)掃除技術(shù)障礙，降低批量化生產(chǎn)帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，參照國(guó)內(nèi)外各大高速列車制造商的通行做法，鐵道部要求在正式生產(chǎn)新一代高速列車之前，制造1列（4輛編組）新高速列車的模型車實(shí)體模型。

但是，模型車僅作展覽之用，展覽過(guò)后即拆解車體，因此模型車車體的制造須采用非正常制造工藝，之前沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，目前也未見(jiàn)關(guān)于模型車車體制造工藝的報(bào)道，因此必須對(duì)模型車車體的制造工藝進(jìn)行專門設(shè)計(jì)。

由于任務(wù)周期僅4個(gè)月時(shí)間，為了縮短生產(chǎn)周期和節(jié)約成本，必須從制造工藝方面挖掘潛力，而模型車車體制造主要工序?yàn)楹附?。為了圓滿地完成高速列車模型車車體的制造任務(wù)，首先應(yīng)對(duì)產(chǎn)品和生產(chǎn)需求進(jìn)行具體分析，以便為焊接工藝設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。這為后續(xù)工序爭(zhēng)取時(shí)間，降低整車生產(chǎn)成本，乃至今后制造模型車提供經(jīng)驗(yàn)等都具有重要意義。

2.產(chǎn)品和生產(chǎn)需求分析

為了真實(shí)展示新一代高速列車的實(shí)際效果，模型車的車體結(jié)構(gòu)和尺寸必須完全與實(shí)車一致。同時(shí)車體應(yīng)保證一定的強(qiáng)度，滿足安裝內(nèi)裝和低速牽引行駛（20km/h）的要求。這就要求必須充分考慮模型車與實(shí)車焊接工藝的異同，嚴(yán)格控制焊接變形和焊接收縮量，保證焊縫質(zhì)量。

按照項(xiàng)目的總體進(jìn)度安排，模型車工藝方案和車體生產(chǎn)周期均只有30天，落實(shí)到焊接工序的時(shí)間不足20天。因此，在車體的焊接工序，必須深入分析焊接過(guò)程中可能影響生產(chǎn)進(jìn)度的不必要因素，并將其降到最低點(diǎn)。

模型車的各項(xiàng)成本開支一定控制在預(yù)算范圍之內(nèi)。在車體焊接工序，要求除了側(cè)墻和端墻以外，其他大部件應(yīng)保證在車體拆解后能夠再次應(yīng)用于后續(xù)新一代高速列車的實(shí)車車體上。因此，在車體焊接工序，必須采取有效的措施，利用一切可以縮減成本的方法和活動(dòng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)模型車項(xiàng)目總體成本控制的目的?？傊?，制造模型車車體的原則是“最快速、最節(jié)約、最美觀”。

由于模型車乃臨時(shí)展覽之用，展覽過(guò)后要拆解車體，因此在工藝設(shè)計(jì)階段，就應(yīng)考慮到便于后續(xù)車體的拆解。

基于以上分析，我們確定了車體制造的工藝設(shè)計(jì)思路。

3.車體及焊接工藝設(shè)計(jì)思路

（1）車體材料選用 材料成本在制造總成本中所占的比例高達(dá)85%，為了控制材料成本，車體材料可利用廢舊型材。在車體所有大部件中，只有側(cè)墻與底架、車頂、端墻和司機(jī)室都直接連接，在后續(xù)拆解時(shí)，可以集中破壞側(cè)墻而保留其他型材，為了節(jié)約成本，確定側(cè)墻可利用廢舊型材。

對(duì)于選用合格型材的大部件，也應(yīng)避免損壞其焊接區(qū)域，以便再利用。為了盡可能保護(hù)型材，型材的焊接區(qū)域的尺寸應(yīng)提前留有一定的余量，以便在裝配階段能夠根據(jù)裝配尺寸要求進(jìn)行調(diào)整。

（2）裝配工藝設(shè)計(jì)思路 為了保證車體的尺寸，模型車車體的裝配工藝應(yīng)盡量執(zhí)行實(shí)車車體的裝配工藝要求，在此基礎(chǔ)之上，還應(yīng)考慮型材保護(hù)的因素，設(shè)計(jì)專門的裝配工藝。

首先，為了使車體拆解后其大部件能夠再利用，車體部件之間連接焊縫的坡口間隙應(yīng)盡量減小，使焊縫盡量不完全焊透，尤其避免將墊板熔合。目的是在滿足車體強(qiáng)度的前提下，保證車體更易拆解，將對(duì)型材的損傷程度降到最低。對(duì)型材之間設(shè)計(jì)有連接板的結(jié)構(gòu)，可適當(dāng)增加連接板的寬度來(lái)減小兩側(cè)連接坡口的間隙。

其次，相鄰部件裝配時(shí)，采用預(yù)制錯(cuò)邊的坡口裝配工藝，即在標(biāo)準(zhǔn)允許的范圍內(nèi)，使希望被保留的一側(cè)型材的表面在裝配時(shí)略低于另一側(cè)型材的表面。這樣，當(dāng)需進(jìn)行表面打磨時(shí)，不至于過(guò)多傷及表面較低一側(cè)的欲保留型材。

（3）焊接工藝設(shè)計(jì)思路 為了保證焊接質(zhì)量，所有大部件（包括側(cè)墻）的焊接均按照車體正常生產(chǎn)焊接技術(shù)要求執(zhí)行，原則上焊縫質(zhì)量等級(jí)不降低，焊接檢測(cè)范圍不減少。

在此原則下，對(duì)具體的焊接檢測(cè)工藝進(jìn)行適應(yīng)性修改。如大部件之間的連接焊縫由于改成段焊，因此取消之前針對(duì)長(zhǎng)焊縫的滲透檢測(cè)，只進(jìn)行外觀檢測(cè)。對(duì)焊縫不防護(hù)直接噴砂，完工后焊接監(jiān)督只對(duì)段焊裂紋進(jìn)行檢測(cè)返修。

為了控制焊接變形，同時(shí)節(jié)省焊接時(shí)間和節(jié)約焊接耗材成本，應(yīng)盡量減少焊接量。如在自動(dòng)焊接和手工焊接的長(zhǎng)焊縫上大量采用手工段焊的形式，一些在實(shí)車上設(shè)計(jì)為全焊透的焊縫改成半焊透的形式，如V形坡口改成HV形坡口，未焊之處可以用粘接、鉚接等方式補(bǔ)充。

為了盡量不破壞型材，應(yīng)盡量避免破壞型材的焊接缺陷，包括型材焊洇、墊板焊穿、擴(kuò)展到型材的裂紋、電弧劃傷等。

為了利于車體后續(xù)的拆解，在保證焊接強(qiáng)度的前提下，修改實(shí)車上的一些焊縫形式，使之更易如V形焊縫改成Y形焊縫。

另外，充分利用焊接的“修補(bǔ)功能”，通過(guò)焊接工序，實(shí)現(xiàn)廢舊型材修補(bǔ)，尺寸更改，位置移動(dòng)等目的，使廢舊型材能夠滿足模型車車體技術(shù)要求。

4.具體工藝實(shí)施與驗(yàn)證

底架、司機(jī)室等部件待模型車車體拆解后，將還原用于實(shí)車車體，因此其焊接工藝與實(shí)車車體的對(duì)應(yīng)部件相同，而其他大部件應(yīng)進(jìn)行適應(yīng)性地工藝更改。

（1）側(cè)墻 車體大部件完成裝配后，側(cè)墻與車頂和底架連接的長(zhǎng)縱焊縫很可能會(huì)出現(xiàn)焊前坡口處錯(cuò)邊問(wèn)題。由于側(cè)墻可以報(bào)廢，所以在實(shí)際裝配時(shí)使側(cè)墻一側(cè)坡口略高于車頂和底架一側(cè)坡口，這樣當(dāng)產(chǎn)生一定錯(cuò)邊時(shí)，可以通過(guò)打磨側(cè)墻坡口處型材而減小錯(cuò)邊，避免傷及車頂和底架型材。為此，現(xiàn)有工裝和工藝情況進(jìn)行調(diào)整，對(duì)側(cè)墻的外輪廓度尺寸公差也應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)修改。

另外，由于側(cè)墻可以報(bào)廢，對(duì)廢舊型材采用了修補(bǔ)焊的方法進(jìn)行改裝。圖1為通過(guò)修補(bǔ)焊方法改裝側(cè)墻板窗口位置和尺寸的實(shí)物圖。

圖1 利用修補(bǔ)焊方法改裝側(cè)墻板廢舊型材

（2）端墻 端墻在加工過(guò)程中保證其高度大于正常高度3～5mm，端墻高度高，可以重新加工出正常的坡口。由于端墻高度高，所以在裝配過(guò)程中與側(cè)墻連接的部位可能弧度超差，對(duì)于裝配過(guò)程中存在錯(cuò)邊的問(wèn)題，焊接完成后采用打磨連接板的方法，保證了端墻與側(cè)墻的圓滑過(guò)渡。

在焊接過(guò)程中，對(duì)于后續(xù)拆裝影響較大的焊縫盡可能不焊接，如連接角焊縫。為了保證整車的強(qiáng)度，適當(dāng)增加了HY形焊縫的長(zhǎng)度。在拆解過(guò)程中，偏向端墻部位加工，以保證底架的完整性。

端墻與底架連接部分多為HY形焊縫，坡口開在端墻一側(cè)。為了保證端墻坡口尺寸，裝配端墻時(shí)將端墻高度保留一定的加工余量，拆解后可以打磨端墻此處坡口而仍能保證端墻的尺寸。

端墻與側(cè)墻和車頂連接的部位，由于存在連接板，在裝配的時(shí)候采用了焊縫的零間隙焊接，如圖2所示。

（3）車頂 實(shí)車車體裝配工藝規(guī)定，車頂和側(cè)墻與端墻或司機(jī)室連接板兩側(cè)坡口間隙應(yīng)控制在3mm左右。為了方便拆解，減小了此處的坡口間隙，稍微增加了所有連接板的寬度尺寸。同時(shí)，連接板內(nèi)側(cè)與墊板的段焊焊縫數(shù)量也相應(yīng)減少。

圖2 端墻與側(cè)墻和車頂連接板零間隙裝配

（4）車體組成 實(shí)車車體的內(nèi)側(cè)長(zhǎng)縱焊縫采用手工焊接的方式，在裝配前已加工坡口，而模型車車體內(nèi)側(cè)長(zhǎng)焊縫沒(méi)有加工坡口，而是直接裝配，只要能夠保證車體的外形尺寸即可，這樣節(jié)約了時(shí)間和制造成本。在進(jìn)行長(zhǎng)縱焊縫焊接前盡可能減少非預(yù)置的錯(cuò)邊量，減少后續(xù)打磨焊縫對(duì)型材焊接區(qū)域的影響。拆解下來(lái)的部件經(jīng)過(guò)加工坡口還能應(yīng)用于實(shí)車的生產(chǎn)。

側(cè)墻與車頂和底架連接長(zhǎng)縱焊縫采取手工段焊的形式，為了方便分解此處焊縫，焊前裝配坡口間隙盡可能小，以減小根部熔深，盡量避免焊接熔合墊板，如圖3所示。

對(duì)于車體外側(cè)側(cè)墻與車頂，內(nèi)外側(cè)側(cè)墻與地板連接的長(zhǎng)縱焊縫，側(cè)墻一側(cè)的段焊處開1～2mm間隙。焊接順序修改為先段焊內(nèi)側(cè)長(zhǎng)縱焊縫，調(diào)平后再段焊車體外側(cè)長(zhǎng)縱焊縫。

為防止傷及母材，門柱與底架邊梁處的焊接取消原有的清根和滲透檢測(cè)。

端墻與底架橋式支撐的連接處696mm長(zhǎng)焊縫改為段焊，如圖4所示。

通過(guò)模型車車體工藝的實(shí)施，在20天內(nèi)即圓滿完成了車體的制造，車體外觀達(dá)到了與實(shí)車一致的程度（見(jiàn)圖5），成本僅花費(fèi)了新一代高速列車實(shí)車車體的1/4，實(shí)現(xiàn)了模型車車體制造“最快速、最節(jié)約、最美觀”的工藝要求。

圖3 側(cè)墻與底架長(zhǎng)焊縫改為段焊形式

圖4 端墻與底架橋式支撐的連接焊縫改為段焊

圖5 新一代高速列車模型車實(shí)物

5.結(jié)語(yǔ)

（1）軌道車輛模型車車體的制造應(yīng)充分考慮仿真程度、時(shí)間進(jìn)度、成本控制以及后續(xù)拆解等因素，本著“快好省”的原則確定工藝設(shè)計(jì)思路。

（2）模型車車體工藝設(shè)計(jì)應(yīng)從車體材料選用、裝配工藝和焊接工藝三個(gè)方面進(jìn)行考慮。側(cè)墻可選用廢舊型材，裝配工藝應(yīng)充分考慮保護(hù)合格型材和利于后續(xù)的拆解，焊接工藝應(yīng)考慮焊接強(qiáng)度、焊接效率、保護(hù)型材以及利于拆解等因素，其中焊接工藝是核心工藝。

（3）在焊接工藝設(shè)計(jì)時(shí)，充分采用了長(zhǎng)焊縫改段焊、修補(bǔ)焊等方法，通過(guò)工藝驗(yàn)證證明，這些方法適用于模型車車體的制造。