王天明、邱齐宇、王建中、葛云龙、黄凤龙
中车齐齐哈尔车辆有限公司 黑龙江齐齐哈尔 161002
摘要：某新型动车组车体的主要材质为Q345NQR2的耐候钢板。侧墙作为车体承上启下的结构部件，上部承载接车顶，下部连接底架两端与端墙相连，侧墙焊接质量对整车强度、刚度和力学性能有着重要影响。由于侧墙为车辆的主要外观可见部件，对平面度要求非常高，侧墙为板梁骨架蒙皮结构，连接焊缝数量多、焊接量大，侧墙的焊接质量、焊接变形、焊后平面度等成为制约侧墙及车体生产的主要难题。因此，对侧墙的焊接工艺进行分析，研究质量控制方法，能有效提高焊接质量及生产效率。
关键词：动车；侧墙焊接；工艺
1 侧墙结构介绍
某型动车组侧墙由乙型横梁和立柱组成的侧墙窗口模块、连接梁、上边梁等组合焊接而成的侧墙大骨架，装配墙板、窗角补强等焊接侧墙，还有过线管、支架等焊接附件，侧墙的主要结构如图1所示。
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图1 侧墙结构示意图
2 侧墙制造工艺
侧墙组成由乙型横梁等不同规格的钢板组焊而成，根据侧墙结构特点，按照先装乙型横梁和立柱焊接成窗口模块、装配连接梁焊接成侧墙大骨架、装配侧墙板和窗角补强后焊接、焊接侧墙附件后切割门口窗口等工艺流程进行生产，具体的制作工艺根据工件的结构细节和工艺可行性进行调整。
侧墙的焊接工艺如下:
(1)焊接方法采用熔化极气体保护焊，焊接保护气体为φ(Ar) 80%+φ(CO2) 20%;
(2)焊前清理:焊前对坡口表面区域进行充分清理。目的是去除污垢、油脂、锈斑和结垢，采用角磨机进行打磨，直至露出金属光泽，以防止在焊接过程中产生气孔和夹渣;
(3)焊丝选用直径1.2 mm的ER 50-G焊丝，其要求见标ISO 16834—2012[1];
(4)焊接电源采用松下Panasonic焊接电源，采用直流正接的电流极性;
(5)自动焊接采用ABB焊接机器人。
3 焊接难点及控制方法
侧墙生产过程中，由于结构设计不合理、焊接工艺不成熟、工艺参数匹配不佳、焊工操作不熟练等原因，出现了侧墙窗口模块尺寸超差、侧墙大骨架扭曲变形、侧墙平面度超差等焊接质量问题。针对焊接变形、尺寸及外观质量问题，优化焊接工艺参数并给出解决措施，以有效地控制侧墙焊接质量。
3.1 侧墙窗口模块焊接
侧墙窗口模块在大平台上通过定位块和压卡固定后，手工焊接，每更换一种车型都需要操作者按照图样调整窗口模块的定位块安装位置，工装柔性非常差，且窗口模块安装尺寸变化受人为因素影响非常大。
侧墙窗口模块对角线尺寸超差，平面度也超过工艺要求的偏差范围，对后道工序侧墙大骨架焊接和侧墙组成的平面度影响非常大，因此侧墙窗口模块焊接后需要进行大量调修，操作者劳动强度大，且影响生产效率。
通过焊接工艺优化，采用自动化工装和机械手焊接侧墙窗口模块，大大提高了生产效率，焊接工艺参数见表1。
表1 机械手自动焊接窗口模块的焊接工艺参数
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侧墙窗口小模块采用机械手自动化焊接后，焊接质量明显提高，并且调修后窗口模块平面度偏差可达到0.5 mm m，提高了部件平面度。手工焊接和机械手焊接窗口模块尺寸公差对比见表3。
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由表3中数据可知，窗口宽度、高度和对角偏差较手工焊质量提升非常明显，大大优于设计和工艺要求的理论公差，并且采用机械手自动焊的焊接质量稳定性、产品尺寸一致性非常好，大大减少了调修工作量。
3.2 侧墙大骨架焊接
侧墙大骨架焊接后整体平面度有待提高，大骨架组装时，部分连接梁与窗口模块存在错口，立柱的直线度达到尺寸偏差上限，即局部位置平面度严重超差，综合导致大骨架整体平面度偏差超过2mm/2m。
为了提高侧墙大骨架整体平面度，制造了柔性化侧墙大骨架组装胎，工装平面度偏差≤0.5 mm，且采用液压装置定位压紧，提高了定位精度，并保证了均衡的压紧力，以提高不同种类侧墙大骨架转产效率。新制了侧墙大骨架调修胎，使用龙门小车调修装置，对侧墙大骨架侧柱及纵梁进行调修，保证了侧墙大骨架平面度。
3.3 侧墙组成焊接
侧墙组成焊接后变形较大，特别是侧墙切窗口后出现局部位置下塌现象，侧墙组成交出前平面度超差，影响外观质量。
针对侧墙焊接变形及平面度超差问题，采取以下工艺措施:
(1)改进侧墙板拉伸工艺，对侧墙板拉伸力进行计算，确定拉伸力长度，调整液压站参数，并且优化墙板拉伸夹头，增大摩擦力;
(2)优化侧墙大骨架与侧墙板塞焊压装设备，按乙型梁制作压爪，控制侧墙大骨架与侧墙板焊接间隙≤1 mm;
(3)优化侧墙板对接焊缝焊接顺序，焊缝每段不大于200 mm的间隔焊接，每段交错焊接，让焊接区域有充分的时间冷却，以减小热变形，同时采用带脉冲的松下焊机，减少热输入[2];
(4)制作侧墙开窗口工装，在侧墙两侧使用气动装置压紧侧墙;侧墙中部使用液压顶紧装置向上顶起侧墙，预制反变形防止侧墙板下塌。
通过采取以上有效工艺措施，动车组侧墙焊接变形问题得到了有效解决，侧墙局部下塌的发生率大大降低，侧墙平面度检测点的平面度数据一次性合格率达到95%以上，充分保证了焊接质量，节省了调修时间。
4 结语
文中总结了某型动车组侧墙生产过程中出现的典型焊接变形及外观平面度不合格等焊接质量问题，并针对上述问题分析了其产生原因，通过焊接工艺优化，提出了预防与改进措施，保证了动车组侧墙的焊接质量，减少了调修和焊接返修，大大缩短了生产周期。
参考文献
[1]ISO 16834—2012焊接消耗品:高强度钢的气体保护电弧焊用焊丝电极、焊丝、焊条[S].
[2]魏桂花，赵素君．常见焊接缺陷及应对措施[J]．机械管理开发，2007(7):83-84.