郭政
青岛四方庞巴迪铁路运输设备有限公司 山东青岛 266100
摘要：铝合金车体侧墙外轮廓度、外侧直线度、长度、挠度、门口宽度等尺寸要求较高，部分尺寸相互关联，且在侧墙组焊完成后难以调修。本文介绍了一种5门口侧墙的制造工艺难点及解决措施。
关键词：侧墙、焊接变形、工艺控制措施。
1序言
铝合金车体是目前轨道车辆车体的主流结构形式，典型的铝合金车体包括底架、侧墙、车顶、端墙、司机室等大部件。本文介绍了一种铝合金车体侧墙的制造工艺难点及解决措施。该类型侧墙单侧包含5个侧门，如图1示意。
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图1侧墙结构示意（半长）
2 工艺难点一：侧墙板外侧轮廓度的控制
根据设计制造技术条件要求，侧墙板外侧轮廓度应不大于4mm。由于侧墙板是由6块型材拼焊而成，且各焊缝均采用自动焊接设备焊接，焊接变形较大，焊后需要大量调修作业来确保侧墙外侧轮廓度公差要求。
控制措施：
（1）工装预制反变形。侧墙板自动焊接顺序为：先正位（侧墙外侧）、后反位（侧墙内侧），因此应保持侧墙正位自动焊接工装支撑模板轮廓线为侧墙外轮廓理论值，在侧墙反位自动焊接工装支撑模板上预制反变形。工装上初次预制的反变形量为经验值。通过前几个侧墙焊后变形的结果，不断调整优化工装预制反变形量，最终确定反变形量如下图2所示。
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（2）通过优化焊接方向及顺序，来减小焊接变形。
由于平行的两条焊缝，如焊接方向相反，容易引起焊接部件发生扭曲变形，且扭曲变形难以通过调修来矫正，因此侧墙板各焊缝自动焊接的方向均应相同。该种侧墙板内外侧各有5条对接焊缝，编号如下图3所示，采用双机械手自动焊接设备焊接。根据试验验证，对于平行方向的多条焊缝，“交错焊缝同时焊接”引起的变形小于“邻近焊缝同时焊接”。侧墙板内外侧对称位置的焊缝，采用相同的焊接顺序，可相互抵消部分焊接变形。因此，对于该种侧墙板，采用的焊接顺序为：（正位）2&4-3&5-1-（反位）7&9-8&10-6。
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控制结果：采用以上工艺措施，可将侧墙板自动焊接后的外轮廓度，绝大部分区域控制在4mm以内，局部在4～6mm之间，仅需要较少的调修工作，即可满足设计制造技术条件中的侧墙外轮廓度尺寸要求。
3工艺难点二：侧墙长度、挠度、侧门口宽度的控制
根据设计制造技术条件以及车体总成的工艺尺寸要求，侧墙组焊完成后，上部总长尺寸公差要求为L +14/+18mm，下部总长尺寸公差为L +7/+11mm，门口宽度尺寸W公差为+2/+4mm。同时，侧墙总成后挠度要求如下图4所示，C为+13/+17mm，C1为-5/-1mm。
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由于侧墙挠度、侧门口宽度、侧墙总长三个尺寸相互影响和制约，仅依靠组焊后的工艺调修无法确保这三个尺寸均合格。因此，需在侧墙组焊过程中，对这三个尺寸分别进行控制，具体工艺措施如下。
（1）侧墙挠度的控制
侧墙挠度是侧墙立向的弯曲，侧墙组焊完成后，无法通过火焰调修来调整挠度值，因此从侧墙板组焊工序开始，应在“侧墙正、反位自动焊接工装”、“侧墙正、反位附件焊接工装”共四套工装上，预制侧墙挠度。以车体两端枕梁中心处为侧墙挠度曲线0点，在车体中心处预制12mm挠度，侧墙端部预制挠度值为0。由于侧墙板组焊过程中的变形趋势为“中间上拱、两端下垂”，侧墙板组焊完成后，中心处及两端的挠度均在预制挠度的基础上变大，从而分别符合图4中尺寸C和C1的公差要求。
（2）侧墙总长的控制
侧墙上部总长即为侧墙上边梁的长度。由于侧墙板组焊完成后，侧墙上边梁长度方向的焊接收缩约为2～3mm，因此侧墙上边梁预加工长度尺寸为理论值L +20mm，可满足侧墙组焊后上部总长为L +14/+18mm。
由于侧门立柱与侧墙板焊缝的焊接收缩，侧墙总成焊接完成后，侧墙下部总长将减小约10mm。因此，在安装侧门立柱之前，应通过“侧门口工艺撑杆1”均匀调整各门口宽度，将侧墙下部总长调整至理论值L +18/+20mm，如图5所示。
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使用“F型卡兰”将侧墙下部边缘与工装定位块贴紧，确保侧墙挠度与工装预制挠度一致。调整完成后，使用工装压紧器压紧侧墙，防止在焊接过程中侧墙松动回弹，然后卸除“侧门口工艺撑杆1”。 侧门立柱安装后焊接前，应再次测量并调整侧墙下部总长，确保满足L +18/+20mm的公差要求。
控制结果：侧门立柱与侧墙板焊接完成后，由于焊接收缩，侧墙下部总长L满足+7/+11mm，同时侧墙挠度尺寸C和C1也均符合公差要求。
（3）侧门口宽度的控制
侧门口宽度尺寸，需在组装侧门立柱时即进行控制，工艺措施如下：
首先将门立柱放置到侧门口相应位置的工装支撑座上，调整门口宽度尺寸为理论值W 0/+1mm，同时调整侧门口对角线差不大于2mm，确保侧门立柱中心与侧墙上边梁预加工的门口中心对齐。然后使用工装压紧器压紧门立柱，使其与工装支撑座密贴。依次在“门立柱上端与侧墙外侧”、“门立柱上端与侧墙内侧”、“门立柱侧面与侧墙内侧”、 “门立柱侧面与侧墙外侧”连接位置进行定位焊接。之后在每个侧门口两边门立柱之间，安装“侧门口工艺撑杆2”，如下图6所示。使用撑杆再次调整侧门口宽度，确保尺寸为W 0/+1mm。
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在门立柱与侧墙反位焊缝焊接完成，并将侧墙翻转至正位放置之后，使用图6所示“工艺撑杆2”将侧门口两边门立柱拉紧，然后焊接门立柱与侧墙外侧的连接焊缝。
控制结果：通过以上组焊工艺，可确保侧门立柱焊接完成后，侧门口宽度尺寸W在+2/+4mm公差范围内。
4工艺难点三：侧墙外侧直线度控制
侧墙门口两侧门立柱与侧墙板外侧连接位置，设计制造技术条件要求纵向直线度在2mm/m以内。由于侧门立柱与侧墙板的轮廓度差异，以及二者连接焊缝的焊接变形，该尺寸控制较为困难。
控制措施：
（1）在侧墙反位组装侧门立柱时，通过工装支撑座，使门立柱外侧与侧墙板外侧保持平齐。
（2）在侧墙正位门立柱与侧墙板外侧连接焊缝焊接前，通过工装支撑座预制反变形，如下图7所示。
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（3）在焊接侧门立柱与侧墙板内外侧的连接焊缝前，均使用卡兰将门立柱与侧墙板夹紧，确保工件与工装支撑座表面贴齐，从而最大限度减小焊接变形。
控制结果：通过实际生产的验证，以上工艺措施可确保侧墙外侧门立柱与侧墙板连接区域直线度基本在2mm/m以内，仅局部需轻微调修。
5结束语
侧墙是铝合金车体的重要大部件之一，其尺寸公差要求较高，且各尺寸相互关联，控制较为困难。侧门口较多的侧墙尺寸控制难度大于门口较少的侧墙。本文通过工装设计、工艺步骤、组装辅具等各种工艺措施的相互配合，顺利实现了一种5门口侧墙的量产，并最大限度减少了侧墙调修作业量，确保了产品质量，提高了生产效率。