铝合金城铁车等断面车顶质量提升控制研究

铝合金城铁车等断面车顶质量提升控制研究

刘广达马玉刚 任海涛 王世君王隽

中车长春轨道客车股份有限公司 工程技术中心工程技术部  长春  130062

中文摘要：文章对铝合金城铁车等断面车顶在生产过程中，出现的问题进行收集整理。通过分析等断面车顶与含机组平台车顶结构进行对比分析。归纳出产生问题的原因，并针对这些原因，制定相应的解决措施，通过生产实践对这些措施进行验证，并且进一步优化车顶结构和工艺方法。最终形成了控制提升铝合金等断面车顶质量提升一套完整工艺方法

关键词：铝合金；车顶；质量提升；

1前言

伴随着材料工艺的进步和铝合金城铁车设计水平的不断提升。等断面车顶在近年来的铝合金城铁设计中的应用逐渐增多，等断面车顶具有结构简单、制造工艺简单、生产工时短、工装结构简单，工装换型容易，结构模块化易于控制，方便进行无人全自动化节拍生产。是未来下一代铝合金地铁制造的趋势。目前，已经逐渐替代了原来的机组平台车顶。

同时，在铝合金城铁车等断面车顶的制造过程中，也不断的出现了一些之前机组平台车顶生产制造过程中没有出现的新问题。这些问题已经严重影响制约铝合金城铁车等断面车顶的生产和应用。如何解决这些问题，并快速提升铝合金城铁等断面车顶的产品质量，已经刻不容缓的地步。

2 问题现状

选取某公司生产的铝合金城铁车等断面车顶在生产过程中所出现的问题，进行统计，出现问题如下：

2.1车顶焊接完毕后，车顶断面弧形无法保证。车顶焊接完毕后，车顶宽度变大，高度降低，整个断面弧形变形严重。严重影响后续总组成安装使用。

2.2车顶焊接完毕后，车顶长度方向整体直线度变差，出现波浪形变形。车顶小件焊接完毕后，车长方向出现波浪形变形，严重影响后续总组成装车使用。

2.3车顶安装座整体平面度尺寸无法保证。车顶安装座焊接完毕后，安装座整体平面度，无法满足设计要求，严重影响后续车顶设备安装。

3.原因分析

3.1设计结构原因分析

从结构对比分析来看，机组平台车顶结构是由车顶边梁、机组平台和中顶板组焊后构成的。铝合金等断面车顶结构由5块型材组焊而成。铝合金等断面车顶结构相当于机组平台车顶结构中的车顶板结构，由于没有车顶边梁，其结构强度就明显弱于机组平台车顶，其产生弧形变形，长度变形的趋势也更大。

从小件分布的情况来看，铝合金等断面车顶结构其小件分布数量远远大于机组平台车顶。其小件分布的不均匀程度更是远远大于机组平台车顶。同时，其空调开孔数量也远远大于机组平台车顶。

铝合金等断面车顶结构小件数量，分布不均匀程度、空调开孔数量远远大于机组平台车顶。车顶小件组焊后，产生的车顶断面变形，车顶长度波浪变形，必然会大于机组平台车顶。

机组平台车顶结构中的小件是直接焊接到车顶结构上的。而铝合金等断面车顶车顶小件则是先把垫板焊接到车顶上，然后再把小件焊接到垫板，每个小件的焊接量都大于机组平台车顶。

综合以上的结构分析，铝合金等断面车顶车顶结构的强度要弱于机组平台车顶结构。同时，其小件数量、焊接量、分布不均匀程度要远远大于机组平台车顶结构。因此，其必然要产生远大于机组平台车顶的变形。在生产中出现车顶断面弧形变形、车长波浪形变形，安装座整体平面度，无法满足设计要求。并且严重影响后续总组成装车，以及装配阶段车上设备的安装。     

3.2工艺原因分析

目前，铝合金等断面车顶的车顶组对工艺相对简单，机组平台组焊工艺相对复杂。铝合金等断面车顶小件的组焊工艺过程与机组平台车顶小件组焊工艺保持一致。但是由于铝合金等断面车顶结构小件数量，分布不均匀程度、空调开孔数量远远大于机组平台车顶。因此，原机组平台车顶小件组焊工艺已经不能适用于铝合金等断面车顶小件的组焊。

4 制定解决方案

通过以上的原因分析，得出影响铝合金等断面车顶变形的关键因素，制定解决方案如下：

4.1优化车顶小件结构，减少单个车顶小件的焊接变形量。将车顶小件的垫板和安装件，合成为一个件。焊接车顶小件时，只需要一次焊接垫板，就可以完成车顶小件的焊接。每个车顶小件均减少一次焊接。降低车顶小件焊接变形对车顶弧形的影响。

4.2优化车顶长度方向的焊接反变形工艺。针对车顶长度方向的变形趋势。提前预制反方向焊接变形，减少车顶小件焊接完毕后，车顶长度方向的波浪变形。

车顶正装组焊前在距离一、二位端端头500mm处用手拉葫芦将车顶两端各下拉 ，预制驼峰型的焊接反变形，待正装完成所有小件焊接后，将手拉葫芦松开。

4.3优化空调开口处的焊接反变形工艺。之前机组平台车顶，由于其空调开口少，基本上采用简单内应力焊接反变形工艺即可。 

铝合金等断面车顶的空调开口数量，开口尺寸大于机组平台车顶，之前采用机组平台车顶空调焊接的反变形工艺，不能够完全满足铝合金等断面车顶的需求。需要根据空调口焊接处的变形情况，重新制定焊接反变形方案。

在空调开口处区域增加焊接撑杆，提前将焊接后塌陷区域支撑，制出焊接反变形，保证焊接后空调开口处焊接变形满足图纸要求。

4.4强化车顶断面结构强度。铝合金等断面车顶的结构特点，其结构强度必然低于机组平台车顶。鉴于此情况，需要采用额外的工艺手段来增强等断面铝合金车顶的结构强度。参考车顶类似结构。在车顶滑槽处增加工艺撑杆。    

该撑杆的使用即可增强车顶强度，减少车顶调修时间。保证车顶吊运过程中保持断面不变，同时方便车体总组成组对。在车体总组成组对时，既能保证车顶与侧墙配合焊缝符合标准要求，同时，可以使用撑杆调整车体组对后的车体内高，无需额外使用车体内高撑杆。同时可以保证车体总组成组焊后，车体上宽符合公差要求。

5 研究总结

通过问题收集归纳，结构原因分析、工艺原因分析。制定出相应的解决措施。并在实际生产中对以上工艺措施进行验证。通过实际验证，取得效果如下：

5.1采取以上措施后。车顶长度方向变形符合要求，车顶断面弧形符合图纸要求，车顶安装座尺寸符合图纸要求。

5.2采取以上措施后。，每台车顶大量减少焊缝约。节约焊接、打磨时间，节约车顶调修时间，节约下工序组对时间，每台车节约大量人工费用。同时每台车顶还节约了大量的焊丝原材料费用。

通过实际验证，得出了铝合金等断面车顶质量控制提升的一系列方法。成功的实现了等断面铝合金车顶的质量控制提升。也为后续铝合金城铁车实现全自动生产，提供理论和宝贵的实践经验。

参考文献

[1] 王炎金. 铝合金车体结构焊接工艺[M]. 2009.