淺析碳鋼地鐵車輛鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)制造方案

黃成海++王興奎

摘 要：該文以伊朗馬沙德地鐵2號(hào)線為例，針對碳鋼材質(zhì)地鐵車輛鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)制造過程中的技術(shù)難點(diǎn)，針對端墻整體尺寸控制、側(cè)墻上邊梁撓度控制、底架主橫梁組成焊接變形控制、底架吊裝設(shè)備眼孔間距焊接精度控制、風(fēng)機(jī)骨架撓度控制、窗口安裝座平度控制、車體鋼結(jié)構(gòu)端墻側(cè)墻接口平度控制等問題進(jìn)行了詳細(xì)分析，并制定完善的工藝控制方案，通過不斷地跟蹤驗(yàn)證，最終產(chǎn)品實(shí)物質(zhì)量得到有效提升。

關(guān)鍵詞：碳鋼地鐵車 車體鋼結(jié)構(gòu) 伊朗馬沙德 平整度 控制方案

中圖分類號(hào)：U27 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）12（b）-0064-02

隨著科技的不斷發(fā)展進(jìn)步，先進(jìn)焊接工藝技術(shù)的開發(fā)，軌道交通工具鋼結(jié)構(gòu)材質(zhì)也在快速變換，大概經(jīng)歷了碳鋼弧焊、不銹鋼點(diǎn)焊和鋁合金型材自動(dòng)焊等階段，尤其在我們得到快速發(fā)展的高速鐵路，車體結(jié)構(gòu)全部為鋁合金大斷面型材自動(dòng)焊接。但是碳鋼地鐵車以焊接工藝技術(shù)成熟、產(chǎn)品價(jià)格和維修方便等優(yōu)勢，仍在國內(nèi)和中東國家占有一定市場份額，日常出行乘坐的特快、快速和普快列車全部為碳鋼材質(zhì)鐵路客車，伊朗地鐵德黑蘭線、馬沙德地鐵2號(hào)線和馬沙德70%低地板等項(xiàng)目車體鋼結(jié)構(gòu)均為碳鋼材質(zhì)。

1 概述

伊朗馬沙德地鐵2號(hào)線項(xiàng)目共計(jì)20列100輛車，5輛為一個(gè)編組，車體鋼結(jié)構(gòu)存分為DK285、DK287、DK288和DK288A的4個(gè)車型，全車整體由端墻、側(cè)墻、車頂和底架4大部件構(gòu)成，采用熔化極非惰性氣體保護(hù)焊、TIP TIG和激光焊等先進(jìn)焊接工藝，保證車體鋼結(jié)構(gòu)整車強(qiáng)度要求，車體鋼結(jié)構(gòu)制造質(zhì)量直接影響列車性能的穩(wěn)定性，攻克影響車體鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量的各項(xiàng)難點(diǎn)就顯得尤為重要。

2 工藝難點(diǎn)

（1）受部件公差累計(jì)影響，車體鋼結(jié)構(gòu)側(cè)頂板與側(cè)墻板搭接區(qū)域焊縫存在未填滿現(xiàn)象。

（2）受門口區(qū)域產(chǎn)品結(jié)構(gòu)限制，側(cè)墻板采用小板工藝，上、下墻板激光焊拼接，通過14塊墻板組對保證側(cè)墻門口寬度、寬度和門角等尺寸要求，但墻板無法預(yù)拉緊，側(cè)墻鋼結(jié)構(gòu)組焊后墻板松弛。

（3）底架鋼結(jié)構(gòu)與不銹鋼城軌車結(jié)構(gòu)相似，但全部為09CuPCrNi的耐候鋼材質(zhì)，全部采用弧焊方式焊接，焊接量大，焊后底架鋼結(jié)構(gòu)平度較難保證。

（4）側(cè)墻鋼結(jié)構(gòu)一、二位端無立柱支撐固定，墻板處于自由狀態(tài)，同時(shí)橫梁間距大，導(dǎo)致側(cè)墻板焊后一、二位端成波浪形，帽型梁腔內(nèi)位置內(nèi)凹?jí)Π鍩o法調(diào)修，車體鋼結(jié)構(gòu)總組成時(shí)，端墻側(cè)墻接口處凹凸不平。

（5）側(cè)墻鋼結(jié)構(gòu)立柱根部無橫梁連接，墻板處于自由狀態(tài)，車體鋼結(jié)構(gòu)總組成時(shí)側(cè)墻與底架焊縫區(qū)域平面度差，同時(shí)車體鋼結(jié)構(gòu)側(cè)墻和端墻接口墻板下邊沿直線度影響車輛外觀。

（6）伊朗馬沙德地鐵2號(hào)線底架鋼結(jié)構(gòu)焊接全部采用弧焊工藝，受料件公差、主橫梁組對誤差和焊接過程中生產(chǎn)變形等因素影響，底架主橫梁設(shè)備吊裝眼孔精度常無法滿足要求。

（7）底架主橫梁組成結(jié)構(gòu)不同于鐵路客車和不銹鋼城軌車，主橫梁通長方向具有補(bǔ)強(qiáng)梁和補(bǔ)強(qiáng)筋板，焊接量大，主橫梁直線度和平面度難以保證。

（8）側(cè)墻窗口四周需組焊22個(gè)安裝座，安裝座焊接后產(chǎn)生變形，整體平度要求高。

3 解決措施

（1）側(cè)頂板與側(cè)墻板搭接區(qū)域理論間隙2 mm，由于側(cè)墻上邊梁至立柱根部高度（-3，+2） mm，端墻端角柱根部至上邊梁高度（0，+3） mm，受公差積累影響，側(cè)墻和端墻頂部普遍存在高度差；側(cè)墻板與上邊梁搭接量理論尺寸13 mm，側(cè)墻鋼結(jié)構(gòu)實(shí)物局部位置存在按照-2 mm負(fù)差切割現(xiàn)象。端角柱、立柱和門立柱的根部至上端梁上平面高度按照（0，-3） mm控制，同時(shí)保證底架與端墻貼合面間隙≤1 mm；總組成裝車時(shí)使用拉桿重點(diǎn)將側(cè)墻邊梁與車頂側(cè)頂板間隙調(diào)整至標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)；側(cè)墻板和上側(cè)梁搭接量按照公差（+5，+7） mm進(jìn)行控制，總組成班組使用等離子或切割片進(jìn)行現(xiàn)車研配，保證焊接間隙。

（2）側(cè)墻板采用大板工藝，分別將兩塊側(cè)墻大板拉伸后放置于組焊平臺(tái)上，墻板下板邊與定位塊或定位線貼嚴(yán)，兩塊大板留有1～2 mm間隙后按100（500）點(diǎn)固連接墻板，使用預(yù)拉緊裝置拉伸墻板；側(cè)墻清理工序焊接大板對接焊縫，測量上邊梁上板邊與墻板上邊緣尺寸，保證距離為18～20 mm后，用靠板切割側(cè)墻高度方向多余墻板，將墻板毛刺打磨干凈，將長度方向多余的墻板用等離子切割掉；拉伸大板的設(shè)備夾持點(diǎn)之間的間距最小為25 200 mm，大板長度需為25 250 mm，在大板拉伸后將其切割成側(cè)墻墻板時(shí)會(huì)產(chǎn)生1張19 000 mm×350 mm左右和兩張6 400 mm×1 250 mm左右的剩料。

（3）控制主橫梁組成直線度和平面度尺寸，保證主橫梁組對前尺寸整體不大于2.5 mm；各主橫梁、地板梁組裝點(diǎn)固后統(tǒng)一對稱施焊，避免累積變形；波紋地板之間搭接段焊車體橫向中心線對接平焊，波紋地板與橫梁之間間隙≤1 mm；嚴(yán)格控制波紋板橫向公差，保證波峰、波谷一致性；波紋地板之間搭接段焊車體橫向中心線對接平焊。

（4）側(cè)墻鋼結(jié)構(gòu)一、二位端橫梁加密，保證橫梁間距不大于300 mm，并將帽型梁改為乙型梁，橫梁間增加小立柱，形成封閉結(jié)構(gòu)。

（5）總組成工序現(xiàn)車研配端墻和側(cè)墻一、二位端下墻板，保證端、側(cè)墻一、二位端下墻板立柱根部距板邊尺寸差不大于2 mm；車體鋼結(jié)構(gòu)總組成時(shí)保證立柱根部與底架邊梁貼嚴(yán)，間隙不大于1 mm；總組成檢測工序使用打磨端、側(cè)墻與底架邊梁搭接區(qū)域墻板，達(dá)到過度圓滑，無明顯凸起效果。

（6）設(shè)計(jì)制作了9套輕量化的主橫梁吊裝設(shè)備眼孔整體檢測樣板，能夠同時(shí)滿足DK285、DK287和DK2883個(gè)車型要求。利用設(shè)備安裝時(shí)相同尺寸的緊固件在底架翻轉(zhuǎn)工序進(jìn)行設(shè)備安裝模擬，能夠有效地保證底架主橫梁眼孔精度，為下工序設(shè)備吊裝打下良好基礎(chǔ)。

（7）加強(qiáng)筋采用對稱交錯(cuò)焊接形式，先立焊后平焊，交錯(cuò)焊、對稱焊和平焊3種焊接組成之間至少冷卻20 min，避免焊接熱量集中，焊后水冷；主橫梁型腔內(nèi)增加墊塊，沿主橫梁長度方向均布5個(gè)；根據(jù)焊接變形區(qū)域，在主橫梁中心兩側(cè)墊塊預(yù)支4～5 mm焊接反變形；改進(jìn)工裝結(jié)構(gòu)，左右方向壓緊裝置設(shè)置與定位塊相對應(yīng)，相鄰補(bǔ)強(qiáng)筋板間設(shè)置高度方向壓緊裝置。

（8）安裝座整體進(jìn)行機(jī)械加工，保證安裝座高度尺寸；窗口安裝座調(diào)修窗口翻邊平面度；焊接完成后使用窗口平度檢測樣板檢測安裝座平度；與樣板間隙大于2 mm位置需火焰加熱配合機(jī)械調(diào)修。

4 結(jié)語

通過項(xiàng)目車體團(tuán)隊(duì)的共同努力，現(xiàn)有碳鋼材質(zhì)地鐵車輛制造工藝方案進(jìn)一步優(yōu)化，探索開發(fā)出適用于碳鋼車體生產(chǎn)制造的升級(jí)版工藝方案，工藝團(tuán)隊(duì)解決現(xiàn)場關(guān)鍵和重點(diǎn)技術(shù)質(zhì)量問題共計(jì)50余項(xiàng)，包括車體鋼結(jié)構(gòu)平面度、底架平面度、車體對角線和枕內(nèi)中心距等尺寸項(xiàng)目項(xiàng)點(diǎn)均得到有效控制伊朗馬沙德地鐵2號(hào)線車體鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)制造受到伊朗業(yè)主的認(rèn)可和高度肯定，車體鋼結(jié)構(gòu)外觀平整度滿足了項(xiàng)目合同的嚴(yán)苛要求。

參考文獻(xiàn)

[1] 周振豐.焊接冶金與金屬焊接性[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1994.

[2] 姚啟均.金屬機(jī)械性能試驗(yàn)常用數(shù)據(jù)手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1985.

[3] 王純祥.焊接工裝夾具設(shè)計(jì)及應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011.