高速動車組列車模型車車體制造工藝設(shè)計1

黃少東，胡文浩

（1.唐山軌道客車有限責(zé)任公司 制造技術(shù)中心，河北 唐山 063035；2.唐山軌道客車有限責(zé)任公司 科技管理部，河北 唐山 063035）

0 前言

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（簡稱“唐車”）在成功生產(chǎn)CRH3型高速列車的基礎(chǔ)上，研制了國產(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際效果，同時提前驗證新一代高速列車在設(shè)計優(yōu)化和工藝改進(jìn)方面的合理性，及時發(fā)現(xiàn)技術(shù)更改所帶來的新問題，為實現(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)帶來的風(fēng)險，參照國內(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（實體模型）。

模型車僅作展覽之用，展覽過后即拆解車體，因此模型車車體的制造須采用非正常制造工藝，之前沒有經(jīng)驗可以借鑒，目前也未見關(guān)于模型車車體制造工藝的報道，因此必須對模型車車體的制造工藝進(jìn)行專門設(shè)計。

由于任務(wù)周期僅4個月時間，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，作為模型車車體制造主要工序的焊接工序便首當(dāng)其沖。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)計提供指導(dǎo)。這為后續(xù)工序爭取時間，降低整車生產(chǎn)成本，乃至今后制造模型車提供經(jīng)驗等都具有重要意義。

1 產(chǎn)品和生產(chǎn)需求分析

為了真實展示新一代高速列車的實際效果，模型車的車體結(jié)構(gòu)和尺寸必須完全與實車一致。同時車體應(yīng)保證一定的強(qiáng)度，滿足安裝內(nèi)裝和低速牽引行駛（20 km/h）的要求。這就要求必須充分考慮模型車與實車焊接工藝的異同，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，落實到焊接工序的時間不足20天。因此，在車體的焊接工序，必須深入分析焊接過程中可能影響生產(chǎn)進(jìn)度的不必要因素，并將其影響降到最低。

模型車的各項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，來實現(xiàn)模型車項目總體成本控制的目的。總之，制造模型車車體的原則是“最快速、最節(jié)約、最美觀”。

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

基于以上分析，確定了以下車體制造的工藝設(shè)計思路。

2 車體和焊接工藝設(shè)計思路

2.1 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，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。

2.2 裝配工藝設(shè)計思路

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)行實車車體的裝配工藝要求，在此基礎(chǔ)上，還應(yīng)考慮型材保護(hù)的因素，設(shè)計專門的裝配工藝。

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，將對型材的損傷程度降到最低。對型材之間設(shè)計有連接板的結(jié)構(gòu)，可適當(dāng)增加連接板的寬度來減小兩側(cè)連接坡口的間隙。

相鄰部件裝配時，采用預(yù)制錯邊的坡口裝配工藝，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，不至于過多傷及表面較低一側(cè)的欲保留的型材。

2.3 焊接工藝設(shè)計思路

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)量等級不降低，焊接檢測范圍不減少。

在此原則下，對具體的焊接檢測工藝進(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，因此取消之前針對長焊縫的滲透檢測，只進(jìn)行外觀檢測。對焊縫不防護(hù)直接噴砂，完工后焊接監(jiān)督只對段焊裂紋進(jìn)行檢測返修。

為了控制焊接變形，同時節(jié)省焊接時間和節(jié)約焊接耗材成本，應(yīng)盡量減少焊接量。如在自動焊接和手工焊接的長焊縫上大量采用手工段焊的形式，一些在實車上設(shè)計為全焊透的焊縫改成半焊透的形式，如V型坡口改成HV型坡口，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，修改實車上的一些焊縫形式，如V型焊縫改成Y型焊縫。

另外，充分利用焊接的修補(bǔ)功能，通過焊接工序，實現(xiàn)廢舊型材修補(bǔ)，尺寸更改，位置移動等目的，使廢舊型材能夠滿足模型車車體的技術(shù)要求。

3 具體工藝實施與驗證

底架、司機(jī)室等部件待模型車車體拆解后，將還原用于實車車體，因此其焊接工藝與實車車體的對應(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。

3.1 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、縱焊縫很可能會出現(xiàn)焊前坡口處錯邊問題。由于側(cè)墻可以報廢，在實際裝配時使側(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)生一定錯邊時，可以通過打磨側(cè)墻坡口處型材而減小錯邊量，避免傷及車頂和底架型材。為此，對現(xiàn)有工裝和工藝進(jìn)行調(diào)整，適當(dāng)修改側(cè)墻的外輪廓度尺寸公差。

另外，由于側(cè)墻可以報廢，對廢舊型材采用了修補(bǔ)焊的方法進(jìn)行改裝。通過修補(bǔ)焊方法改裝側(cè)墻板窗口位置和尺寸的實物如圖1所示。

圖1 利用修補(bǔ)焊方法改裝側(cè)墻板廢舊型材

3.2 端墻

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

在焊接過程中，對于后續(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型焊縫的長度。在拆解過程中，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型焊縫，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，在裝配時采用了焊縫的零間隙焊接，如圖2所示。

圖2 端墻與側(cè)墻和車頂連接板零間隙裝配

3.3 車頂

實車車體裝配工藝規(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)控制在約3 mm。為了拆解方便，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，連接板內(nèi)側(cè)與墊板的段焊焊縫數(shù)量也相應(yīng)減少。

3.4 車體組成

實車車體的內(nèi)側(cè)長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)長焊縫沒有加工坡口，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)約了時間和制造成本。在進(jìn)行長縱焊縫焊接前盡可能減少非預(yù)置的錯邊量，減少后續(xù)打磨焊縫對型材焊接區(qū)域的影響。拆解下來的部件經(jīng)過加工坡口還能應(yīng)用于實車的生產(chǎn)。

側(cè)墻與車頂和底架連接長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。

圖3 側(cè)墻與底架長焊縫改為段焊形式

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

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。

端墻與底架橋式支撐的連接處696 mm長焊縫改為段焊，如圖4所示。

圖4 端墻與底架橋式支撐的連接焊縫改為段焊

通過模型車車體工藝的實施，在20天內(nèi)即圓滿完成了車體的制造，車體外觀達(dá)到了與實車一致的程度（見圖5），成本僅花費了新一代高速列車實車車體的1/4，實現(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5 新一代高速列車模型車實物

4 結(jié)論

（1）軌道車輛模型車車體的制造應(yīng)充分考慮仿真程度、時間進(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)計思路。

（2）模型車車體工藝設(shè)計應(yīng)從車體材料選用、裝配工藝和焊接工藝三個方面進(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)計時，充分采用了長焊縫改段焊、修補(bǔ)焊等方法，通過工藝驗證證明，這些方法適用于模型車車體的制造。