铝合金A型地铁车辆车体底架宽度控制方法

孙洪猛

摘要：车体底架宽度是底架的重要制造技术条件之一，设计要求底架宽度3 000-5+2mm。车体底架宽度对地铁整车宽度、车体总组、内装组装等有重大影响。某地铁X号线车体底架制作过程中，前期因底架地板宽度不足，工艺要求3 000-3+3mm，实际底架地板两端宽度尺寸最小仅2 995 mm，不满足工艺要求。为了减少公司损失，经过分析，对后工序底架总组时的焊接过程进行优化，提出增加工艺撑杆、刚性固定铝板，改变焊接顺序，圆满解决此问题。为解决后续底架地板宽度问题，通过试验验证，得出影响底架地板宽度的因素和解决办法。文中以某地铁X号线为例，介绍铝合金A型地铁车辆车体的底架结构及影响底架宽度的因素。

关键词：铝合金；A型地铁；车辆；底架

1 影响底架宽度的因素

底架宽度是指底架地板组成与端部底架组焊后底架车宽方向的距离，影响底架宽度的主要因素是底架地板组成的宽度和底架总组焊接变形。

1.1 底架地板宽度

底架地板组成的宽度本身直接影响底架的宽度，如果底架地板组成宽度在下限，直接导致底架宽度在下限。

底架地板为大型通长双面挤压铝合金型材插接结构，由7块型材插接组成，采用纵向拼接整体焊缝。底架地板的工艺流程为先定位焊，再反面自动焊，后正面自动焊，最后调修。底架地板宽度在这个过程中都会受到影响，且底架地板宽度是底架宽度最重要的影响因素，控制底架地板宽度，可控制底架宽度。

1.2 底架总组焊接变形

底架的焊接变形是不可避免的，尤其是底架总组时底架地板与牵引梁、枕梁、缓冲梁的焊接，因为这些焊缝都是通长焊缝，接头形式为地板薄板(3mm)与牵引梁、枕梁、缓冲梁厚板(16 mm)的搭接、T形对接焊缝。地板与牵引梁焊缝为单层单道的角焊缝;边梁与枕梁焊缝为多层多道的T形对接焊缝;地板与缓冲梁有2条焊缝，1条为单层单道的角焊缝，车上为16 mm缓冲梁和3 mm地板的对接长焊缝，因为这些焊缝都是薄板与厚板的焊接，厚板刚性大于薄板的，导致地板的焊接收缩和变形量非常大，致使地板在车宽方向产生变形，影响底架宽度。

2 底架地板宽度控制

2.1 型材拼装

型材拼装时，型材组装到底架地板反组工装上。底架地板的宽度首先是控制焊缝间隙，减小焊接收缩量。一般根据焊缝收缩量计算公式和经验得出，每个焊缝的收缩量为2mm,6条焊缝，收缩量为12 mm，因熄弧端的热输入大于引弧端热输入，所以放量要大1 mm。故在型材拼装时要求为自动焊引弧端宽度工艺放量为+12mm，熄弧端工艺放量+13 mm，为使底架地板宽度在工艺范围，将两边放量加大至14 mm和15 mm。试制2台车，测底架地板组焊后的9个点的底架地板宽度与前期进行对比，但焊后平面度偏差为12 mm，需要调修2次8条焊缝。

通过调整组对间隙，发现调整组对间隙后可控制底架地板宽度变宽，但同时因为间隙变宽，导致焊接速度变慢，且焊接变形也增大，调修次数增多，调修后底架地板的宽度还是在2 997～2 999 mm，没有达到理想状态。

2.2 定位焊

底架地板定位焊时，底架地板的宽度会收缩变小，定位焊焊缝的间距直接影响底架地板的宽度。一般工艺要求从一位端到二位端、先焊中间后焊两端、先焊上部、再焊下部(仰焊)的顺序依次定位、施焊。定位焊焊缝长80～100 mm，间隔约1 000～2 500 mm，为提升效率，班组一般按照2 000 mm的间距进行定位焊。定位焊时将所有边梁压紧，保证地板的平面度和宽度。为减小焊接时宽度收缩，其他保持不变，将定位焊焊缝间距从2 000 mm改为1 000 mm。试制2台车，测底架地板组焊后的9个点的底架地板宽度与前期进行对比，但焊后平面度偏差为11 mm，需要调修2次8条焊缝。

通过调整定位焊焊缝间距，发现调整定位焊焊缝间距后可控制底架地板宽度变宽，但同时因为定位焊焊缝间距变小，导致定位焊焊缝数量增加，使现场工作人员工作量增大，且焊接变形没有得到控制，调修次数增多，调修后底架地板的宽度还是在2 997～2 999 mm之间，没有达到理想状态。

2.3 反面自动焊

反面自动焊时将所有压紧装置拆除，让地板自由收缩，焊接顺序为:首先焊接焊缝3和焊缝5，其次焊接焊缝2和焊缝4，最后焊接焊缝1和焊缝6。焊后因为受力的作用，地板会产生变形，由于此阶段为焊接自由收缩阶段，无约束，所以此阶段不会对底架地板宽度有太大影响。

2.4 正面自动焊

在工装上预支3 mm反变形量(经验值)，因自动焊时受力的影响地板会产生变形，变形趋势为地板中间向下凹，为防止地板整体向下凹，在地板中间预制反变形，在边梁处设置边梁垫块，边梁垫块和反变形保持一定规律。焊接顺序为:首先焊接焊缝3和焊缝5，其次焊接焊缝2和焊缝4，最后焊接焊缝1和焊缝6。

因调整底架地板组对间隙和定位焊焊缝间距后，仍未达到理想状态，焊接变形始终较大，导致底架地板调修次数未减少，调修后底架地板宽度又在下限，故需要调整底架地板正组工装反变形量，从3 mm调整到6 mm。试制2台车，测底架地板组焊后的9个点的底架地板宽度与前期进行对比，焊后平面度偏差最大处6 mm，中间位置3 mm，调修时只调修平面度偏差最大位置处1条焊缝1次，即可让底架地板平面度偏差达到3 mm要求。

通过调整底架地板正组工装反变形量，发现可控制底架地板宽度变宽，同时因为焊接变形变小，调修焊缝数量和次数减少，最终使底架地板宽度在上限，达到理想状态。

3 底架总组焊接变形

3.1 增加刚性固定工艺撑杆

增加工艺撑杆的目的，一是将原有底架宽度增大，通过给底架宽度方向施加纵向力，使底架铝型材在宽度方向产生塑性变形，使得底架宽度变宽;二是增大底架宽度方向的刚性，保证底架总组时底架正面宽度方向焊接收缩量减小。

在一、二位端地板正面方向地板边梁处增加临时支撑点。通过液压泵施压，给底架宽度方向施加纵向力，使底架铝型材在宽度方向产生塑性变形，使得底架宽度变宽，也使得底架宽度方向的刚度变大，保证底架总组时底架正面宽度方向焊接收缩量减小。

3.2 增加刚性固定铝板

增加刚性固定铝板的目的是增加底架宽度方向的刚性，底架地板与缓冲梁焊接时，减小底架地板的收缩变形。

在一、二位端地板正面方向增加刚性固定铝板，铝板尺寸为2 890 mm×150 mm×20 mm (此料为工艺用料)。

焊脚尺寸为a3，在地板“W”肋处进行焊接且为交叉焊接方式。在一、二位端各焊接2块刚性固定铝板。刚性固定铝板距缓冲梁50,250 mm。增加刚性固定铝板的目的为增大底架宽度方向的刚度，保证底架总组时底架正面宽度方向减小底架地板焊接收缩变形。

采用上述方法，使超限的底架地板得以使用，最终将底架两端宽度控制在2 995 mm，使得底架正常流入下道工序，为公司挽回损失。

4 结论

(1)根据以上情况，可以得出影响底架地板宽度的因素有工艺放量、定位焊焊缝间距、反变形量和边梁垫块的高度差、调修次数。

(2)通过增加刚性固定装置、调整焊接顺序，使得底架焊接时几乎不产生焊接变形。

(3)采用上述方案，成功将某地铁X号线车体底架的宽度控制在设计要求范围内，将原有2 995mm的底架地板撑开到2 996.5 mm，再通过刚性固定和焊接顺序调整，最终将底架两端宽度控制在2 995 mm，使得底架正常流入下道工序。

参考文献

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