動車組司機(jī)室鋼結(jié)構(gòu)制造工藝探討

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摘要:時(shí)速160km∕h動力集中動車組是我國普速客車換型的主力產(chǎn)品,司機(jī)室鋼結(jié)構(gòu)包括側(cè)墻、前墻組成和閘墻等部件。文中從工藝分析、工藝策劃和工藝實(shí)施3個方面對司機(jī)室鋼結(jié)構(gòu)制造工藝進(jìn)行了研究。通過焊接工藝評定確定Q460E鋼的焊接材料和焊接工藝參數(shù);通過采用合理工藝流程和工裝等工藝措施,司機(jī)室側(cè)墻組焊后使用弧形檢測樣板檢測弧形間隙≤2mm;司機(jī)室鋼結(jié)構(gòu)組焊后滿足焊接和裝配尺寸要求。

關(guān)鍵詞:司機(jī)室鋼結(jié)構(gòu);組焊工裝;焊接工藝評定

軌道交通作為國家發(fā)展進(jìn)程中的重要基礎(chǔ)設(shè)施,在經(jīng)濟(jì)發(fā)展中起著不可或缺的作用,更與國計(jì)民生息息相關(guān)。國家和各地方政府加快完善基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),勢必會為鐵路客車帶來國內(nèi)市場的又一個“黃金期”。在不斷提高旅客出行服務(wù)體驗(yàn)的前提下,鐵路客車的改革勢在必行。我國目前已經(jīng)擁有具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)、時(shí)速達(dá)到350km∕h和250km∕h的標(biāo)準(zhǔn)動車組“復(fù)興號”。隨著新型城鎮(zhèn)化的發(fā)展和區(qū)域城市群的形成,為提高運(yùn)輸組織效率和旅客出行服務(wù),減少基礎(chǔ)投入和設(shè)備維護(hù)成本,時(shí)速160km∕h動力集中動車組項(xiàng)目應(yīng)運(yùn)而生[1]。作為“復(fù)興號”動車組的系列產(chǎn)品,時(shí)速160km∕h動力集中動車組項(xiàng)目參照動力分散動車組進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),采用流線型外形,內(nèi)部服務(wù)設(shè)施設(shè)備與既有動車組基本一致,適用于所有普速電氣化鐵路,將成為我國普速客車換型的主力產(chǎn)品。

1復(fù)雜結(jié)構(gòu)制造工藝分析

司機(jī)室鋼結(jié)構(gòu)包括側(cè)墻、前墻組成和閘墻等部件,如圖1所示。司機(jī)室采用流線型外形,側(cè)墻鋼結(jié)構(gòu)外表面呈三維弧形,三維弧形準(zhǔn)確性增加了側(cè)墻鋼結(jié)構(gòu)制造難度。司機(jī)室鋼結(jié)構(gòu)總組成時(shí)閘墻落入兩側(cè)墻間,前墻組成安裝彎梁弧形與側(cè)墻弧形相匹配,很難保證總組成后鋼結(jié)構(gòu)各個尺寸。司機(jī)室結(jié)構(gòu)材料為Q460E鋼,相比較常用的耐候鋼05CuPCrNi及09CuPCrNi,Q460E鋼具有良好的強(qiáng)度、韌性及低溫沖擊性能,在使用前應(yīng)確定相對應(yīng)的焊接材料和焊接工藝參數(shù)。司機(jī)室鋼結(jié)構(gòu)總組成后需要組焊開閉機(jī)構(gòu)安裝座,安裝座位置如圖2所示。安裝座、定位銷和裙板孔等相互配合安裝開閉機(jī)構(gòu),安裝座組焊時(shí)要求精度高,公差為±1mm。相鄰開閉機(jī)構(gòu)安裝座安裝平面存在角度差,操作者手工組對無法滿足安裝座精度和角度差要求。

2工藝策劃要點(diǎn)

2.1焊接材料與工藝參數(shù)確定

通過對生產(chǎn)現(xiàn)場實(shí)際情況進(jìn)行分析,結(jié)合相關(guān)生產(chǎn)進(jìn)度要求,焊接方法選定為氬-二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊[2]。Q460E材質(zhì)化學(xué)成分要求見表1,執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為GB∕T1591—2008[3]。通過對焊絲執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)TB∕T2374—2008[4]的研究,按照焊絲選用等強(qiáng)匹配的原則,選取ϕ1.2mm的ER55-G實(shí)心焊絲作為Q460E鋼的焊材。ER55-G焊絲化學(xué)成分和熔覆金屬力學(xué)性能見表2和表3。通過梳理司機(jī)室鋼結(jié)構(gòu)焊接接頭形式、板厚組合等信息,確定制作Q460E材質(zhì)的6mm+6mm角接和6mm+6mm對接接頭的焊接工藝評定,焊接接頭宏觀試樣如圖3所示,工藝評定按照ISO15614-1標(biāo)準(zhǔn)要求執(zhí)行[5]。通過工藝評定確定了焊接工藝參數(shù),見表4,其中保護(hù)氣體選用φ(Ar)82%+φ(CO2)18%,氣體流量為18L∕min。

2.2工藝流程

通過對圖樣和各部件特點(diǎn)進(jìn)行分析,為更好地控制鋼結(jié)構(gòu)尺寸和焊接變形,將司機(jī)室鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)工序進(jìn)行細(xì)化,分為側(cè)墻骨架組焊、側(cè)墻組焊、閘墻組焊和前墻組成組焊。各部件組焊完成后進(jìn)行尺寸檢查,尺寸檢查合格后進(jìn)行總組成組焊[6]。司機(jī)室鋼結(jié)構(gòu)焊接工藝流程如圖4所示。

2.3工裝方案

為保證司機(jī)室側(cè)墻三維弧形,將側(cè)墻生產(chǎn)工序分為側(cè)墻骨架組焊和側(cè)墻合成組焊。如圖5a所示為側(cè)墻合成工裝,工裝橫撐上增加2~5個隨形定位塊,側(cè)墻組焊時(shí)要求蒙皮與隨形定位塊貼合,使用壓緊裝置將其壓緊后方可焊接。利用三維數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)側(cè)墻弧形檢測樣板,如圖5b所示。側(cè)墻組焊完成后使用樣板對弧形進(jìn)行檢測,要求間隙≤2mm,對不合格區(qū)域進(jìn)行調(diào)整,直至合格,并要求司機(jī)室總組成后再次對側(cè)墻弧形進(jìn)行檢測。圖5司機(jī)室側(cè)墻鋼結(jié)構(gòu)工裝和樣板

2.4安裝座組對工裝實(shí)施

針對安裝座安裝精度和角度差要求,經(jīng)過圖樣和工裝可行性分析,制作1套開閉機(jī)構(gòu)安裝座組對工裝。工裝采用鋁合金框架結(jié)構(gòu),使用過程中易于裝卸,方便運(yùn)輸。為了保證安裝座精度和角度差,工裝以車鉤安裝孔為基準(zhǔn),鋁合金框架組裝后使用數(shù)控機(jī)床加工,使用三坐標(biāo)測量機(jī)對工裝進(jìn)行檢測,不合格尺寸需要重新使用數(shù)控機(jī)床加工直到滿足尺寸精度要求。使用時(shí),將開閉機(jī)構(gòu)安裝座與工裝使用螺栓固定,用螺栓使工裝基準(zhǔn)孔與車鉤安裝孔重合后,確定了安裝座的尺寸和角度。安裝座與司機(jī)室鋼結(jié)構(gòu)點(diǎn)固焊后將工裝卸下,測量圖樣中所要求的尺寸,尺寸合格后才可進(jìn)行焊接。

3制造工藝實(shí)施

3.1司機(jī)室側(cè)墻組焊

用吊鏈吊運(yùn)立柱組件、邊梁組成和腰梁組件等料件吊運(yùn)至工裝處。組對時(shí)要求立柱組成與工裝貼嚴(yán),邊梁組成與弧形定位塊貼嚴(yán),間隙保持在1mm以內(nèi),并用快速卡子將料件與工裝夾緊。按照圖樣尺寸放入側(cè)墻角鐵,要求角鐵與立柱組件間隙≤1mm。為避免焊接帶來的收縮,邊梁組成與腰梁組件和立柱組件間增加支撐桿,如圖6b所示。側(cè)墻合成組對時(shí)要求墻板和骨架與定位塊貼嚴(yán),間隙不超過1mm。組對窗口組成和小件時(shí)要求窗口組成與骨架研配,小件尺寸符合圖樣要求。料件組對完成后使用壓桿將側(cè)墻骨架與墻板壓緊、點(diǎn)固焊。組焊完成后使用側(cè)墻弧形檢測樣板檢測弧形。

3.2司機(jī)室總組成組焊

(1)將閘墻吊運(yùn)至總組成工裝,閘墻中心與工裝中心對齊,偏差≤1mm。保證司機(jī)室閘墻內(nèi)外平面與立柱組件平面重合,利用拉桿拉動兩側(cè)司機(jī)室邊梁,滿足司機(jī)室側(cè)墻板間距3127+20mm后,將司機(jī)室閘墻與側(cè)墻進(jìn)行點(diǎn)固焊。(2)利用線墜測量司機(jī)室閘墻立柱、門框等垂直度,保證部件與線墜偏差不超過2mm。司機(jī)室側(cè)墻前端與前墻組成組對時(shí),推動前墻組成工裝到指定位置,用定位銷將工裝定位。兩者匹配弧形出現(xiàn)偏差時(shí),可以使用拉桿配合弧形壓緊裝置,調(diào)整弧形偏差。組對時(shí)要求弧形偏差≤1mm,側(cè)墻前端與前端連接板間隙≤2mm。組對完成后進(jìn)行點(diǎn)固焊。考慮到司機(jī)室組焊后的焊接變形,為保持側(cè)墻三維弧形和司機(jī)室鋼結(jié)構(gòu)尺寸,需要在司機(jī)室側(cè)墻間增加工藝?yán)瓧U。拉桿支撐點(diǎn)應(yīng)該在邊梁和腰梁等組成件上,拉桿數(shù)量不少于7根,拉桿位置如圖7所示。拉桿支撐后保證司機(jī)室側(cè)墻與工裝弧形板貼嚴(yán)。按照圖樣要求對司機(jī)室組成進(jìn)行焊接,焊接可參照WPS文件,依次焊接司機(jī)室閘墻部位、腰梁組成部位、彎梁組成部位。按照從中心向兩側(cè)、分段焊接的方式焊接。所有的焊縫冷卻至室溫后再將工裝拆卸,并對焊縫進(jìn)行打磨清理。

4結(jié)論

(1)司機(jī)室側(cè)墻通過工裝等工藝措施組焊后,使用弧形檢測樣板檢測弧形間隙≤2mm。(2)通過焊接工藝評定確定Q460E鋼的焊接材料和焊接工藝參數(shù),保證司機(jī)室鋼結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度,有效控制了焊接變形。(3)通過合理工藝流程,使用組焊工裝,實(shí)現(xiàn)司機(jī)室鋼結(jié)構(gòu)的組焊,組焊完成后寬度(3360±3)mm,高度(3033±3)mm,長度(3514±5)mm,滿足司機(jī)室鋼結(jié)構(gòu)焊接和裝配尺寸要求。

參考文獻(xiàn):

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[4]中國人民共和國鐵道部.TB∕T2374—2008鐵道車輛用耐大氣腐蝕鋼及不銹鋼焊接材料[S].北京:中國鐵道出版社.

[5]ISO技術(shù)委員會.ISO15614-1—2004金屬材料焊接工藝規(guī)范和合格試驗(yàn)[S].瑞士日內(nèi)瓦:國際標(biāo)準(zhǔn)組織.

[6]黃治軼,耿非,李威.鐵路客車側(cè)墻大板工藝與側(cè)墻小板工藝分析[J].城市軌道交通研究,2008,5(9):29-31.

作者：張野 胡立國 張強(qiáng) 周勇 裴起 單位：中車長春軌道客車股份有限公司