CRH3A車體側(cè)墻與端墻連接板組焊變形控制法

■ 徐昆，于紅

CRH3A型鋁合金車體共由八節(jié)車廂組成，其中包括兩輛頭車和六輛中間車。中間車（如：三車）由底架、側(cè)墻、車頂和端墻等四部分組成，其外形結(jié)構(gòu)如圖1所示。

隨著CRH3A高速動(dòng)車組項(xiàng)目的不斷向前推進(jìn)，我們對(duì)本工序生產(chǎn)過程的認(rèn)識(shí)也在不斷加深。原有工藝方法中存在的問題亟待調(diào)整和改進(jìn)。

1. CRH380生產(chǎn)工藝總結(jié)

CRH380側(cè)墻與端墻連接板系采用6mm厚的條狀板材，其作用是通過調(diào)整其寬度大小，來實(shí)現(xiàn)側(cè)墻與端墻的不同連接。連接板的寬度一般在40～50mm之間變化，焊接接頭的坡口形式為6V帶墊板PF立焊。

C R H380連接板的裝配方法：是落車后，先測量側(cè)墻與端墻的實(shí)際距離，連接板兩側(cè)預(yù)留3mm的間隙，即連接板的尺寸比側(cè)墻與端墻的實(shí)際距離尺寸小5～6mm，然后在連接板坯料上畫線切割，修整坡口并打掉氧化膜后，在車廂內(nèi)側(cè)進(jìn)行定位焊。

定位焊時(shí)采取50（200）mm交錯(cuò)斷續(xù)焊縫，定位焊完畢后，立即焊接外側(cè)6V焊縫，采用兩層兩道焊，為防止變形，打底焊一般采用退焊法。由于連接板的寬度只有40～50mm，兩道平行焊縫相距太近，容易引起較大的焊接變形，所以打底焊完成后，必須進(jìn)行一次調(diào)修，連接板調(diào)平后，先進(jìn)行層間清理，然后再進(jìn)行蓋面層焊接。

2. CRH3A連接板組焊新問題

在C R H3A車體裝配、焊接側(cè)墻與端墻連接板時(shí)，由于連接板的厚度為6m m，長度為2 5 5 0 m m，寬度一般為30～40mm，易引起較大的焊接變形；在連接板與側(cè)墻及端墻的交界處，也容易產(chǎn)生內(nèi)凹變形（見圖2），造成車體外形輪廓平面度超差，甚至使萊卡檢測數(shù)值超差，所以必須進(jìn)行調(diào)修才能解決。另外，因端墻為壁厚2.5mm的鋁型材，包邊槽鋁型材壁厚僅為3mm，端墻側(cè)面最大厚度僅為40mm，剛度較差，焊后端墻外輪廓表面易產(chǎn)生波浪變形（即多點(diǎn)內(nèi)凹變形），如圖3所示。

圖1

下面就CRH3A連接板組焊過程中與CRH380相比出現(xiàn)的新問題進(jìn)行詳細(xì)分析。

（1）連接板尺寸變化 CRH3A連接板比CRH380連接板長度尺寸增加，原來CRH380側(cè)墻連接板長2170mm，現(xiàn)在CRH3A的連接板長2550mm；原來連接板寬度40～50mm，現(xiàn)在的連接板寬度30～40mm 。長而窄的連接板組焊過程中更易產(chǎn)生變形，控制變形難度更大。

（2）端墻壁厚及外形尺寸變化 CRH3A端墻比CRH380端墻更薄，CRH380端墻為組焊結(jié)構(gòu)，板的最大厚度為8mm，組焊后端墻兩側(cè)厚度為135mm（不含墊板），剛度較大。CRH3A端墻采用2.5mm的薄鋁型材，包邊槽鋁型材壁厚僅為3mm，厚度為40mm，剛度較小，薄而窄的端墻組焊過程中更易產(chǎn)生波浪變形，必須進(jìn)行多點(diǎn)控制。

圖2 端墻內(nèi)凹

圖3 連接板內(nèi)凹

3. 應(yīng)對(duì)措施

針對(duì)上述問題，連接板在組焊過程中，應(yīng)采取更有效的工藝措施。

具體有以下幾點(diǎn)：

（1）預(yù)留反變形 CRH380端墻由于剛度大，裝配連接板時(shí)，只需用頂杠將內(nèi)凹側(cè)墻進(jìn)行調(diào)整即可。CRH3A車體由于連接板長度增加，側(cè)墻內(nèi)凹加劇，如圖4所示； CRH3A車體除了側(cè)墻內(nèi)凹需要調(diào)整外，因其端墻薄而窄，剛度低，當(dāng)上道工序車體組裝班焊完上部車頂連接板和下部端墻與底架地板正裝角焊縫之后，會(huì)產(chǎn)生內(nèi)凹變形，如圖5所示。

另外，端墻上開的方孔，以及外側(cè)的5種雨檐、堵板、電纜縛緊座等焊接件的焊接，更加劇了內(nèi)凹變形。因此，CRH3A連接板裝配前，除了要先測量好側(cè)墻及端墻的變形量，并做出反變形后，才能進(jìn)行連接板的下料和裝配。通過不斷摸索總結(jié)出：端墻上下兩端反變形為3mm，中間最大為5mm，調(diào)整必須多點(diǎn)進(jìn)行，如圖6、圖7所示。

圖4 側(cè)墻內(nèi)凹

圖5 端墻內(nèi)凹

必要時(shí)可用小液壓頂杠進(jìn)行精細(xì)調(diào)節(jié)，如圖8所示；側(cè)墻上下兩端與端墻調(diào)平即可，中間應(yīng)比端墻略外凸1～2mm即可，調(diào)整方法如圖9所示。

圖6 端墻外形結(jié)構(gòu)

圖 7

（2）改變定位焊方法 當(dāng)端墻墊板與側(cè)墻墊板之間的距離小于30mm時(shí)，因端墻與側(cè)墻封板距離小于80mm（見圖10），焊接空間狹小，焊槍靈活性差，操作困難，不僅內(nèi)部段焊成形差，而且用銑刀打磨段焊的起弧點(diǎn)和收弧點(diǎn)也非常困難。經(jīng)分廠技術(shù)室與焊接工藝人員研究決定，將內(nèi)部段焊改為外部段焊，即在連接板的坡口側(cè)段焊焊點(diǎn)。焊點(diǎn)必須保證平行對(duì)稱焊接，切不可交錯(cuò)定位焊。這是因?yàn)檫B接板較窄，很容易產(chǎn)生變形，若采用交錯(cuò)定位焊，段焊時(shí)產(chǎn)生的收縮變形會(huì)將連接板拉彎，即段焊后焊點(diǎn)側(cè)間隙會(huì)變小，而非段焊點(diǎn)側(cè)坡口間隙會(huì)增大，如圖11所示。

非段焊處由于間隙較大，不僅收縮量大，使端墻產(chǎn)生波浪變形，而且容易將墊板焊洇。段焊平行對(duì)稱定位焊時(shí)，由于焊點(diǎn)收縮力平衡，相互抵消，所以可保證連接板平直和坡口間隙均勻一致。段焊后，應(yīng)將坡口側(cè)段焊的起弧端和收弧端進(jìn)行打磨，去除起弧端焊瘤和收弧端的弧坑裂紋，并修成緩坡，如圖12所示。

圖 8

圖 9

圖10 端墻內(nèi)側(cè)

（3）控制調(diào)修溫度和錘擊力度 當(dāng)打底層焊完后，要進(jìn)行調(diào)平，此時(shí)焊縫及熱影響區(qū)的溫度較高，焊縫未經(jīng)過自然時(shí)效，焊縫強(qiáng)度尚未恢復(fù)，此時(shí)錘擊對(duì)焊縫產(chǎn)生很大的沖擊力及剪切力，在焊接應(yīng)力及巨大外力共同作用下，很容易在焊根處及熔合線附近產(chǎn)生裂紋。特別是焊根處靠近墊板處的裂紋，很難發(fā)現(xiàn)，留下很大的安全隱患。

動(dòng)車組出廠后，鋁合金車體要運(yùn)行三十年不檢修，其間任何微小的裂紋在動(dòng)車高速運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的高頻振動(dòng)及錯(cuò)車時(shí)產(chǎn)生的巨大壓力的共同作用下，很容易延伸直至斷裂，后果不堪設(shè)想。為此焊后不能馬上調(diào)修，要經(jīng)過充分冷卻，控制調(diào)修時(shí)工件溫度＜30℃方可進(jìn)行；另外因端墻較薄，還應(yīng)控制錘擊力度不能太大，防止將端墻打塌或形成明顯凹陷，如圖13所示。

圖11 交錯(cuò)點(diǎn)固焊

圖12 平行點(diǎn)固焊

（4）調(diào)整焊接順序 雖然焊接都會(huì)產(chǎn)生變形，并對(duì)生產(chǎn)造成不利影響，但是焊接變形也是可以利用的，應(yīng)盡可能利用其變形規(guī)律來抵消原有變形，進(jìn)而減少甚至取消打底焊后的調(diào)修。

具體方法如下：

第一，焊前應(yīng)仔細(xì)檢查連接板的凹凸，并做好標(biāo)記，打底焊接時(shí)，利用焊接產(chǎn)生的收縮變形及角變形規(guī)律，首先焊接外凸的部位，然后利用焊接變形將內(nèi)凹部位拔起來。

第二，較平部位焊接時(shí)，采用分段跳焊法：首先從剛性較大的一側(cè)（端墻側(cè)）焊起，跳焊時(shí)可間隔兩個(gè)段焊焊一段焊縫，這樣整條焊縫便可化整為零，焊接熱輸入在整條焊縫上分布也比較均勻，避免了熱量過分集中，最大程度地減少了變形。打底焊結(jié)束后要進(jìn)行層間打磨，將焊瘤、氣孔及未熔合等焊接缺陷清除干凈。

第三，焊蓋面層之前先檢查坡口，仔細(xì)觀察連接板的平整度，外凸的部位先焊，利用焊接變形對(duì)原來已存在的變形進(jìn)行二次修正，焊后如圖14所示。

圖13 控制錘擊力

第四，對(duì)于較平整的部位，仍采用分段跳焊法，以減少焊接變形，焊接時(shí)應(yīng)注意起弧點(diǎn)與收弧點(diǎn)充分熔合好，保證接頭部位的熔合質(zhì)量，兩條焊縫的接頭應(yīng)錯(cuò)開50mm的距離。圖15為按新方法焊接后，端墻的平面度效果，圖16為驗(yàn)收后的效果。

圖14 焊后效果

圖15

圖16

4. 工藝方法的特點(diǎn)及應(yīng)用效果

（1）特點(diǎn) ①采用創(chuàng)新方法后，基本消除了焊接變形。②焊后無需調(diào)修，直接交驗(yàn)，縮短了生產(chǎn)周期。③大幅減少了調(diào)修工的工作量，降低了調(diào)修工的勞動(dòng)強(qiáng)度。

（2）應(yīng)用效果 本項(xiàng)創(chuàng)新推廣使用至今效果良好，在焊接生產(chǎn)中得到很好應(yīng)用，并將繼續(xù)服務(wù)于CRH3A項(xiàng)目，持續(xù)發(fā)揮效益。