摘要：本文对动车组底架主要结构进行了介绍，然后将底架生产制造工艺、重要尺寸以及相应焊接变形控制难点进行了研究，主要从底架尺寸、焊接变形分析入手。然后将焊接模拟分析与现车装配、焊接控制相结合对底架焊接变形的控制措施进行了研究。通过在焊接前将反变形量、工艺放量以及合理的焊接顺序进行施加，能够将底架焊接变形进行良好控制从而使动车组底架焊接质量得到保证，有效提升了动车的安全水平。
关键词：动车组；底架；焊接变形控制
与其他的交通方式相比高速动车组运行稳定、安全，而且运行速度快，其长期处于高速运行状态。其中铝合金车体质量则对车体的安全性能具有直接的影响。所以铝合金车体质量需要严格控制，尤其是重点部位的质量。而焊接部件质量的要求更加重要，动车组底架是动车组的重要部分，其承受者车钩、转向架等的载荷冲击。所以从根本上将底架的生产进行控制，从而将控制底架的生产质量严格控制。
1、底架焊接变形分析
铝合金车体底架结构为框架式，其由枕梁、端中梁、边梁、横梁以及地板等组成[1]。由于铝合金有其特性，像熔点低、导热系数以及热膨胀系数较大，焊接非常容易造成变形，所以将其进行变形控制研究减少焊接变形具有积极的意义[2]。铝合金底架在生产过程中需要经过底架预组、底架框架零件安装以及地板铺装等。底架结构焊接变形大，而且尺寸较难控制，其中底架尺寸的控制非常困难。
动车组底架的生产需要经过底架边梁焊接、端部缓冲梁与底架焊接、底架附件安装焊接及底架整体加工等工序为整个底架的制造过程。底架的焊接量是铝合金车体整个工序中最大的，其结构非常复杂，而且涉及非常多的焊接形式，焊缝非常密集。焊接的过程对底架宽度、地板平面度、边梁平行度以及车钩面板垂直度变化等有着非常大的影响，这样焊接的变形就更难进行控制[3]。
2、底架焊接变形控制
2.1 底架宽度尺寸控制
对于动车组宽度尺寸变化而言，其主要由地板间的4V连接焊缝以及地板与边梁搭接的a5角焊缝焊接引起，其中4V连接焊缝所造成的横向收缩变形最为严重。当进行底架的制作时其两侧边梁的压卡需要从一位端到两位端每隔15dm进行一个约束的设置，这样压卡均匀。一般预制宽度方向的工艺放量为3或4mm，因为底架地板端部需要焊接缓冲梁，所以端部角中间区域要增大2mm工艺放量，这样可以抵消端部缓冲放量焊接时的宽度收缩。通过sysweld软件对接焊缝的焊接、变形以及应力状况进行模拟，这样可以分析出对接焊缝焊接完成之后焊缝的收缩以及母材的变形情况。每条4V焊缝焊接完成后的变形最大值为一毫米，平均在0.5-0.6毫米的范围内。底架边梁与地板角焊缝焊接也会存在一定的收缩量，所以制定中间区域宽度方向的放量在三到四毫米之间，其两端宽度放量在四到五毫米之间，这样能够满足焊接的横向收缩变形。
2.2 底架边梁平行度及地板平面度控制
在边梁放入工装之后，横向必须用压卡将边梁与定位基准压实，这样可以使底架边梁不产生倾斜，不使旁弯变形，如图1所示。地板边梁正装焊接时边梁的四个方向都要进行约束，而反装焊接时边梁3个方向都要进行约束的施加，这可以通过压卡进行。压卡的添加也使得边梁自由度得到控制，这样其不会随意变形。另外焊接工装的定位基准平面度需要在0.5毫米以内，这样就能使边梁的平面度、旁弯变形得到了控制。因为端部的缓冲梁与边梁连接的焊缝较多，所以当端部缓冲梁进行底架的焊接时需要在横向用短支撑对边梁进行压卡，在竖直方向用顶镐对边梁进行压卡，这样可以防止边梁的横向变形。
图 1 边梁、地板焊接正装、反装压卡
对于地板的平面度可以从两个方面进行控制，即通过地板、边梁焊接时整体地板的平面度与地板端部缓冲梁焊接造成的底架端部地板平面度超差。其中第一个方面主要原因是焊接地板连接焊缝过程中，地板与边梁的焊接对地板产生了一横向约束力，这样就会使底边连接焊缝存在一定的内应力，这样非常容易导致地板的焊接变形。而其控制度的好坏则与底架的结果有着直接的影响，所以对其进行严格的控制非常必要。对于第二方面则是因为端部缓冲梁与地板连接焊缝较多而且这些焊缝多处于地板反装端的区域。若地板材料较薄，端部缓冲梁焊接时焊接热输入较多，这样焊接能量就会较为集中，在焊接时焊接应力就会通过强度较弱的地板释放，从而使工件自身达到一种平衡。所以在进行焊接端部缓冲梁需要对地板进行反形变量的预制，这样可以抵消端部缓冲梁焊接所造成的形变。在地板与边梁进行焊接时由于连接缝致使地板平面变形，而这可通过一些措施来减弱。首先是在焊接顺序上采取从中间向两侧进行焊接，这样应力可以从中间向两侧释放。然后是地板、边梁焊接工艺的优化，这可通过降低地板、边梁之间的点固段焊数量。而点固焊接可将之前的十五段段焊给为六段均匀段焊，这可以降低边梁对地板的约束力，从而降低地板连接焊缝焊后的焊接应力，继而缓解了部分焊接应力造成的焊接形变。此外，为抵消焊接应力造成的地板焊接变形可在地板边梁反装焊接工序与端部缓冲梁焊接工序对地板进行预制反变形。这样既满足了地板本身的平面度要求，又将端部缓冲梁焊接造成的地板变形进行抵销。焊接变形控制中要将边梁进行直线控制，其中需要进行刚性固定，然后进行尺寸的优化，接着控制组装间隙。对于小纵梁、大横梁的焊接变形控制可以先将其刚性固定，然后将焊接工艺进行规范优化。另外，地板铺装时焊接变形控制也需要进行刚性固定，即将框架进行刚性固定，然后缓冲梁预制反变形。
2.3结束语
制定合理有效的组焊工装并在焊接之前进行反变形的预先制定，进行焊接顺序的制定，然后施加工艺放量。将焊接点的数量进行优化，这样可以有效解决底架焊接变形的问题，从而使动车底架的生产质量得到保证。
参考文献：
[1]尹德猛，刘东军，田新莉，et al.动车组底架自动焊接变形控制[J].电焊机，2016，46（5）：106-108.
[2]王永刚.CRH1A—250动车组铝合金底架焊接工艺研究[J].金属加工（热加工），2016（4）：35-37.
[3]邓海，闵韩琴.高速动车组铝合金车体结构优化[J].大连交通大学学报，2016，37（3）：15-18.
论文作者:尹文明,张海军,何晓龙
论文发表刊物:《基层建设》2019年第5期
论文发表时间:2019/4/18
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