摘要：高速动车组端壁是铝合金车身的重要组成部分，结构复杂，附件多，焊接能力大，焊接变形量大。焊接变形是由焊接过程中加热和冷却不均匀引起的，铝合金的变形比较大，影响焊接结构的制造和使用性能。文章对高速动车组铝合金司机室组焊工艺及变形控制进行了研究分析，以供参考。
关键词：高速动车；铝合金司机室；组焊工艺；变形控制
1 司机室铝结构制造工艺分析
司机室外轮廓蒙皮由多个不同曲面拼接的空间曲面组成，整体上呈流线形圆滑过渡状，有的部位曲面之间曲率变化非常急剧。如司机室车顶外蒙皮弯曲程度极大，而与之连接的侧墙弯曲程度却明显减小，而前端的前墙已为一平面，结构中存在多种曲面的连接结构，所以制造难度非同一般。传统的手工拼接组焊模式不但组焊效率低，而且很难可靠控制产品质量。通过学习飞机制造技术，将整个司机室分解成几大部件分别制造，然后再进行最后的组装，用部件质量保证整体质量。除司机室车顶采用散件直接组焊工艺外，其他部分采用了先部件制造后，整体组焊集成工艺，而每一个大部件又分解成下一级组件或单件焊接。部件为型材加工、部件组焊、调修和检测交出。部件完成后，在司机室组焊台位进行司机室组焊、调修、交出。
2 模块化组焊工艺
此带来的是司机室各部件因焊接变形导致的外轮廓尺寸严重超差和外形扭曲问题，从而给司机室最后的组焊带来困难。如果仅通过焊后的调修来调整外轮廓尺寸，则增大了焊接区域的应力集中，调修量大。因此，在完善的EN15085焊接质量控制体系下，我们采取了综合的工艺手段：
（1）前墙组焊工艺通过分析前墙结构，设计前墙组焊工艺流程如：前墙主体装配→主体焊接→附件装配→附件焊接→机加工处理→检测交验。前墙由碰撞梁、前板等零件组成。其中碰撞梁与前板的连接处为V15焊缝，需要经过三层七道的焊接，前墙主体焊缝形式如图3所示。而每道焊接前都必须进行预热处理，加上焊接产生的热量，焊接变形问题不可避免，严重影响结构的制造精度和使用性能。
（2）前窗框组焊工艺通过分析前窗框结构，设计工艺流程如：前窗框主体修配→主体焊接→修补→检测交验。前窗框由4根窗框型材与1根横向型材组焊而成。焊接时如果焊接间隙过大或不进行拘束，则会产生较大的变形，而且在结晶时，在焊缝金属及热影响区等部位会产生裂纹。为保证焊接质量及后续球面玻璃安装的密贴性，需要将窗框型材与横向型材进行反复的修磨装配。
（3）环形框组焊工艺通过分析环形框结构，设计工艺流程如：环形框主体装配→主体焊接→附件装配→附件焊接→修补→检测交验。环形框由三块主体框架型材组焊而成。为保证环形框组焊质量，设计了环形框翻转组焊工装。首先将三块主体框架型材在组焊工装上进行配装，调整合适后用F型夹具夹紧，同时保证环形框开口侧尺寸。然后按照焊接顺序计划对主体进行焊接，采取单面焊双面成形的焊接方式。如此，完成环形框主体框架的组焊。随后在主体框架的基础上，进行环形框附件的装配焊接。为保证焊缝质量，适当使用焊接引弧板及焊接垫板，装配时辅助F型夹具进行装夹，调整错边量。
（4）侧墙组焊工艺通过分析侧墙结构，设计工艺流程如：侧墙窗带组焊→侧墙骨架组焊→侧墙蒙皮组焊→修补→检测交验。为保证司机室侧墙组焊质量，分别设计了侧墙窗带翻转组焊工装、侧墙骨架翻转组焊工装、侧墙蒙皮翻转组焊工装，依次完成侧墙的装配过程。侧墙翻转组焊工装及侧墙装配示意如图8所示。侧墙装配的过程即依照工装及样板对侧墙单件及组件物料进行样装、修磨调整、装配焊接的过程。
（5）司机室总成组焊工艺通过分析司机室结构，设计工艺流程如：环形框→左侧墙→右侧墙→前墙→车顶弯梁→前窗框→车顶蒙皮→附件→检测、调修。
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3 高速动车组铝合金司机室变形控制
3.1 焊接变形的控制控制
焊接变形，可从设计和工艺两大方面进行考虑。构件在结构设计时，在保证其设计合理性的基础上，应尽量减少焊缝数量和尺寸，对称布置焊缝，从而使焊接时产生均匀变形，防止弯曲变形。从工艺手段来讲，具体焊接变形控制方法可分为焊前、随焊和焊后变形控制。焊前控制方法主要包括反变形法、刚性固定法以及制定合理的装焊顺序等；随焊控制法主要包括优化焊接工装、优化焊接工艺参数，尽量减少焊接热输入、限制和缩小焊接受热面积，如采用冷却法、采用合理的焊接顺序、采用新型焊接应力低、焊接变形小的焊接方法等；焊后控制方法包括火焰调修方法、机械调修方法、热冷综合调修方法等。
3.2 端墙的焊接变形控制
3.2.1端墙组成工装的优化
端墙侧弯梁、车顶连接梁、端角柱均为型材，装配、点固时易出现错边。鉴于此，原始工装虽然在侧弯梁的两端安装压卡以调节焊前和焊中的错边以及保证轮廓度，但不能保证侧弯梁中部的错边量。端墙组焊胎装配左右侧弯梁时，左右侧弯梁下方由旋转压臂支撑，为配合与上表面压臂对齐支撑，压臂支撑座会跨过左右侧弯梁与盖板之间的8V焊缝，使得部分焊缝需在胎下补焊，减小支撑力。
3.2.2装配工艺的优化
按照图纸要求，依次装配车顶连接梁、端角柱、左右侧弯梁、左右盖板，其中装配间隙按照Y型焊缝无间隙、V型焊缝4mm进行装配，具体要求如下。（1）车顶连接梁装配。内弯梁与端墙板在胎下焊接，胎上首先装配车顶连接梁，由于内弯梁是焊接件，不可避免会出现不同程度的变形，再加上此处是两型材的配装，所以车顶连接梁在装配时无法达到0错边量。（2）端角柱装配。端角柱与端墙板连接处为正反面的8V焊缝，端角柱自带垫板，配装时为插接形式。，由于连接处的型材均存在公差，在配装时可能会出现间隙较大的情况，有时可达2mm，由于单件的尺寸无法更改，要保证焊后的平面度，规定以下要点：①点固前调整端角柱与侧型材的间隙，使其分布在正反两侧的焊缝；②点固时，用撬棍支撑先将间隙较大的地方进行点固。③若间隙较大，为控制端角柱与侧弯梁接口处的平面度，部分点固长度可适当增加。（3）左右侧弯梁装配。侧弯梁入胎装配，使用优化后的工装丝杠顶紧侧弯梁，要求侧弯梁与车顶连接梁和端角柱接口处错边量不超过2mm，若出现超差情况进行磨配。待盖板装配完成后，使用水平尺、塞尺整体测量端角柱、盖板、侧弯梁三者之间的平面度，此平面度需控制在1mm范围内。
3.2.3焊接顺序优化
为更好地保证端墙正装风挡区的平面度，调整焊接顺序，整体思路为：先将正装焊缝打底、填充焊接，再焊接反装所有焊缝，最后进行正装焊缝的盖面焊接（之前的正反装焊接顺序与此相反）。具体为：首先打底焊接正装部分侧弯梁与车顶连接梁5Y焊缝，然后打底、填充焊接端角柱处8V长焊缝，再焊接剩余的8V短焊缝；翻转工件，按照上述顺序打底、填充、盖面焊接反面对应焊缝；再翻转工件，盖面焊接正装焊缝。该焊接顺序可最大程度地实现热输入量正反面均分的目的，再配合之前的工装优化和焊前精度控制，使得下胎后内风挡安装区域平面度控制在1.5~1.7mm，外风挡安装座各个区域平面度为2.5~2.8mm，大幅度减少调修工作量。
4 结语
通过对司机室及其各大部件的分析，总结出一套模块化组焊工艺，在保证焊接质量的同时，很好地实现了对司机室及其组件的焊接变形的精确控制，保证了司机室各组件的装配尺寸和司机室最终的外轮廓尺寸。
参考文献：
[1]宋保卫.出口苏丹HD100型动车司机室的设计[J].机械研究与应用，2016，29（04）：81-83.
[2]王东屏，高壮，李明，刘楠.CRH380B动车组司机室风道及室内流场数值分析[J].大连交通大学学报，2016，37（03）：11-14+48.
论文作者:王程锦,裴绍波,王陆钊
论文发表刊物:《基层建设》2019年第16期
论文发表时间:2019/8/27
标签：焊工论文; 角柱论文; 司机论文; 车顶论文; 环形论文; 型材论文; 窗框论文; 《基层建设》2019年第16期论文;