碳鋼地鐵車輛鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)制造方案

谷紹龍 中車唐山機車車輛有限公司

隨著科技的不斷發(fā)展進步，先進焊接工藝技術(shù)的開發(fā)，軌道交通工具鋼結(jié)構(gòu)材質(zhì)也在快速變換，大概經(jīng)歷了碳鋼弧焊、不銹鋼點焊和鋁合金型材自動焊等階段，尤其在我們得到快速發(fā)展的高速鐵路，車體結(jié)構(gòu)全部為鋁合金大斷面型材自動焊接。但是碳鋼地鐵車以焊接工藝技術(shù)成熟、產(chǎn)品價格和維修方便等優(yōu)勢，仍在國內(nèi)和中東國家占有一定市場份額，日常出行乘坐的特快、快速和普快列車全部為碳鋼材質(zhì)鐵路客車，項目車體鋼結(jié)構(gòu)均為碳鋼材質(zhì)。

1.概述

本項目共計20列100輛車，全車整體由端墻、側(cè)墻、車頂和底架4大部件構(gòu)成，采用熔化極非惰性氣體保護焊、TIP TIG和激光焊等先進焊接工藝，保證車體鋼結(jié)構(gòu)整車強度要求，車體鋼結(jié)構(gòu)制造質(zhì)量直接影響列車性能的穩(wěn)定性，攻克影響車體鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量的各項難點就顯得尤為重要。

2 .工藝難點

（1）受部件公差累計影響，車體鋼結(jié)構(gòu)側(cè)頂板與側(cè)墻板搭接區(qū)域焊縫存在未填滿現(xiàn)象。

（2）受門口區(qū)域產(chǎn)品結(jié)構(gòu)限制，側(cè)墻板采用小板工藝，上、下墻板激光焊拼接，通過14塊墻板組對保證側(cè)墻門口寬度、寬度和門角等尺寸要求，但墻板無法預(yù)拉緊，側(cè)墻鋼結(jié)構(gòu)組焊后墻板松弛。

（3）底架鋼結(jié)構(gòu)與不銹鋼城軌車結(jié)構(gòu)相似，但全部為09CuPCrNi的耐候鋼材質(zhì)，全部采用弧焊方式焊接，焊接量大，焊后底架鋼結(jié)構(gòu)平度較難保證。

（4）側(cè)墻鋼結(jié)構(gòu)一、二位端無立柱支撐固定，墻板處于自由狀態(tài)，同時橫梁間距大，導(dǎo)致側(cè)墻板焊后一、二位端成波浪形，帽型梁腔內(nèi)位置內(nèi)凹墻板無法調(diào)修，車體鋼結(jié)構(gòu)總組成時，端墻側(cè)墻接口處凹凸不平。

（5）側(cè)墻鋼結(jié)構(gòu)立柱根部無橫梁連接，墻板處于自由狀態(tài)，車體鋼結(jié)構(gòu)總組成時側(cè)墻與底架焊縫區(qū)域平面度差，同時車體鋼結(jié)構(gòu)側(cè)墻和端墻接口墻板下邊沿直線度影響車輛外觀。

（6）底架鋼結(jié)構(gòu)焊接全部采用弧焊工藝，受料件公差、主橫梁組對誤差和焊接過程中生產(chǎn)變形等因素影響，底架主橫梁設(shè)備吊裝眼孔精度常無法滿足要求。

（7）底架主橫梁組成結(jié)構(gòu)不同于鐵路客車和不銹鋼城軌車，主橫梁通長方向具有補強梁和補強筋板，焊接量大，主橫梁直線度和平面度難以保證。

3 解決措施

（1）側(cè)頂板與側(cè)墻板搭接區(qū)域理論間隙2 mm，由于側(cè)墻上邊梁至立柱根部高度（-3，+2） mm，端墻端角柱根部至上邊梁高度（0，+3） mm，受公差積累影響，側(cè)墻和端墻頂部普遍存在高度差；側(cè)墻板與上邊梁搭接量理論尺寸13 mm，側(cè)墻鋼結(jié)構(gòu)實物局部位置存在按照-2 mm負(fù)差切割現(xiàn)象。端角柱、立柱和門立柱的根部至上端梁上平面高度按照（0，-3） mm控制，同時保證底架與端墻貼合面間隙≤1 mm；總組成裝車時使用拉桿重點將側(cè)墻邊梁與車頂側(cè)頂板間隙調(diào)整至標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。

（2）側(cè)墻板采用大板工藝，分別將兩塊側(cè)墻大板拉伸后放置于組焊平臺上，墻板下板邊與定位塊或定位線貼嚴(yán)，兩塊大板留有1～2 mm間隙后按100（500）點固連接墻板，使用預(yù)拉緊裝置拉伸墻板；側(cè)墻清理工序焊接大板對接焊縫，測量上邊梁上板邊與墻板上邊緣尺寸，保證距離為18～20 mm后，用靠板切割側(cè)墻高度方向多余墻板，將墻板毛刺打磨干凈，將長度方向多余的墻板用等離子切割掉；拉伸大板的設(shè)備夾持點之間的間距最小為25 200 mm，大板長度需為25 250 mm，在大板拉伸后將其切割成側(cè)墻墻板時會產(chǎn)生1張19 000 mm×350 mm左右和兩張6 400 mm×1 250 mm左右的剩料。

（3）控制主橫梁組成直線度和平面度尺寸，保證主橫梁組對前尺寸整體不大于2.5 mm；各主橫梁、地板梁組裝點固后統(tǒng)一對稱施焊，避免累積變形；波紋地板之間搭接段焊車體橫向中心線對接平焊，波紋地板與橫梁之間間隙≤1 mm；嚴(yán)格控制波紋板橫向公差，保證波峰、波谷一致性；波紋地板之間搭接段焊車體橫向中心線對接平焊。

（4）側(cè)墻鋼結(jié)構(gòu)一、二位端橫梁加密，保證橫梁間距不大于300 mm，并將帽型梁改為乙型梁，橫梁間增加小立柱，形成封閉結(jié)構(gòu)。

（5）總組成工序現(xiàn)車研配端墻和側(cè)墻一、二位端下墻板，保證端、側(cè)墻一、二位端下墻板立柱根部距板邊尺寸差不大于2 mm；車體鋼結(jié)構(gòu)總組成時保證立柱根部與底架邊梁貼嚴(yán)，間隙不大于1 mm；總組成檢測工序使用打磨端、側(cè)墻與底架邊梁搭接區(qū)域墻板，達到過度圓滑，無明顯凸起效果。

（6）加強筋采用對稱交錯焊接形式，先立焊后平焊，交錯焊、對稱焊和平焊3種焊接組成之間至少冷卻20 min，避免焊接熱量集中，焊后水冷；主橫梁型腔內(nèi)增加墊塊，沿主橫梁長度方向均布5個；根據(jù)焊接變形區(qū)域，在主橫梁中心兩側(cè)墊塊預(yù)支4～5 mm焊接反變形；改進工裝結(jié)構(gòu)，左右方向壓緊裝置設(shè)置與定位塊相對應(yīng)，相鄰補強筋板間設(shè)置高度方向壓緊裝置。

4 結(jié)語

通過項目車體團隊的共同努力，現(xiàn)有碳鋼材質(zhì)地鐵車輛制造工藝方案進一步優(yōu)化，探索開發(fā)出適用于碳鋼車體生產(chǎn)制造的升級版工藝方案，工藝團隊解決現(xiàn)場關(guān)鍵和重點技術(shù)質(zhì)量問題共計50余項，包括車體鋼結(jié)構(gòu)平面度、底架平面度、車體對角線和枕內(nèi)中心距等尺寸項目項點均得到有效控制地鐵車體鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)制造受到認(rèn)可和高度肯定，車體鋼結(jié)構(gòu)外觀平整度滿足了項目合同的嚴(yán)苛要求。