动车组头车铝合金车体焊接质量控制

（1） 预制反变形 空气动力学前端上部设置压 铁， 并预制 10 mm 焊接反变形量， 如图 3 所示。
图 3 头车短侧墙组焊
（2） 优化焊接顺序 采用内外侧焊缝交替焊接， 冷却后再进行盖面焊接， 减少焊接热量集中。
（3） 优 化 焊 接 工 艺 保 证 短 侧 墙 处 10HY 焊 缝 的焊接质量。 焊 前 预 热 到 120 ℃， 打 底 层 焊 缝 采 用 大电流快速焊接， 保证焊缝根部充分焊透； 填充焊 缝时， 焊枪角度略偏向于侧墙连接板一侧， 保证焊 缝侧壁完全熔合[2]。
摘要： 介绍了动车组头车铝合金车体结构， 通过对头车车体生产过程中出现的焊接难点问题进行分析， 提出了切实可行的解决动车组
头车铝合金车体焊接问题的方法和工艺措施， 保证了动车组头车铝合金车体的焊接质量。
关键词： 动车组； 铝合金车体； 焊接难点； 工艺措施
中图分类号： TG457
文献标志码： B
0 前言 动车组车体采用全铝合金焊接结构， 具有载客
母材造成的影响。
通过优化焊接工艺及装配方法， 有效控制了封
板的焊接质量及焊后变形量， 减小焊后调修， 控制
封板焊接质量， 提高生产效率。
2.2 短侧墙焊接
CRH3A 头车车体一位端由短侧墙连接空气动力
学前端与侧墙， 短侧墙是头车车体最前端的承受空
气动力学载荷的部件之一， 并将空气动力学载荷和
焊接技术 第 42 卷第 12 期 2013 年 12 月 压力向车体侧墙等部件传递， 因此， 短侧墙与空气 动力学前端及侧墙连接板之间焊缝的焊接质量对列
外端墙采用薄板焊接结构， 刚度较低， 连接空气动 力学前端与侧墙的短侧墙为中厚板焊接， 导致车体 结构在焊接过程中容易出现焊接变形， 局部容易出 现焊接质量问题。 通过分析研究问题产生的原因， 根据 CRH3A 头车铝合金车体实际生产的情况， 提出 了有效的解决措施， 提高车体焊接质量。 2.1 侧墙与车顶封板焊接变形
Welding Technology Vol．42 No．12 Dec. 2013
变形， 减少调修工作量， 需要在车体组成装焊过程 中采取工艺措施， 提高生产效率。
由于铝合金导热性好， 热膨胀系数大， 焊后收 缩变形较大， 动车组头车铝合金车体部位焊接过程 中易产生焊接变形： ①两侧墙窗口距离变小， 即车 体宽度减小； ②侧墙焊后容易变形， 导致侧墙外轮 廓弧度偏差； ③车顶上部开有 3 个空调框切口， 车 顶刚度小， 焊接后容易出现下塌， 影响车厢内整体 高度； ④由于端墙板型材壁厚薄、 端墙刚度小， 车 体组成焊接后端墙向内倾斜， 端墙整体垂直度超差， 且调修困难。
收稿日期： 2013-05-22 基金项目： 唐山轨道客车有限责任公司科技项目 （2012TCY033）；
唐山轨道客车有限责任公司科技项目 （2013TCZ049）
车顶
空调框
内端墙 短侧墙
外端墙
侧门口
空气动力学前端
图 1 CRH3A 头车车体结构图
2 车体焊接难点及质量控制 动车组头车铝合金车体一位端采用 55°倾斜角，
1 车体结构 动车组头车车体为铝合金全焊接结构， 由左
右两个侧墙、 一个外端墙、 一个内端墙、 一个车 顶及一个底架组成。 底架的一位端有空气动力学 前端， 通过短侧墙与左右侧墙组合焊接成四周一体 的铝合金车体箱形结构。 头车车顶开有 3 个空调框 切孔， 用于空调机组的安装； 头车侧墙开有 3 个门 口， 分别作为乘客及司机上下车的通道， 并且左右 侧墙均开有窗口， 用于列车采光及乘客游览观光窗 外风景， 头车车体主要结构如图 1 所示。
术， 2007， 36（5）： 52-53．
作者简 介 ： 王 润 （1963—）， 男 ， 高 级 工 程 师 ， 学 士 ， 主 要 从 事 轨
（b）
道车辆制造技术及研究工作.
动车组头车铝合金车体一位端封板 ， 板厚为 10 mm， 与 3 mm 厚的侧墙、 2.8 mm 厚的车顶型材进行 焊接， 焊缝形式由外侧 3HV， 内侧 a3 角 焊 缝 组 成 。 头车侧墙一位端设计有 55°倾斜角用于司机室安装， 由于封板直接与司机室紧密连接， 其外形轮廓及平 面度要求较高， 如图 2a 所示。 首车试制过程中， 出 现了封板平面度超差严重的问题， 其外形尺寸无法满 足要求， 利用火焰加热和机械锤击方法对封板进行 调修， 造成内侧薄板及角焊缝焊趾处多处开裂。 局 部裂纹达 35 mm， 最短裂纹也有 8 mm 左右， 严重影 响了焊接质量， 制约了生产进度。 为了解决封板焊
参考文献：
（a）
［1］ 王元良， 周友龙， 胡久富． 铝合金运载工具轻量化及其焊接新技
术的发展［J］. 电焊机， 2005， 35（9）： 14-15．
［2］ 王立夫， 唐衡郴， 王金金， 等. 轨道车辆用铝合金焊接缺陷分析

［J］. 焊接技术， 2007， 36（7）： 12-16.
［3］ 刘志平， 王立夫． 铝合金部件焊 接 变 形 的 产 生 及 控 制 ［J］. 焊 接 技
大面积调修， 是造成封板内侧角焊缝及母材开裂的
直接原因。
（3） 焊前装配质量不高， 是造成封板焊后变形
大的又一要素。
2.1.2 工艺措施及效果
（1） 优化焊接顺序 采用分段退焊法焊接外侧
3HV 焊缝； 再用分段跳焊法焊接内侧角焊缝， 严格
控制分段焊缝长度， 每段长度控制在 400 mm 左右，
同时控制焊接热输入， 避免局部热量集中导致焊接
Welding Technology Vol．42 No．12 Dec. 2013 文 章 编 号 ：1002－025X(2013)12-0071-03
·焊接质量控制与管理· 71
动车组头车铝合金车体焊接质量控制
王 润 1， 田新莉 2， 唐衡郴 2， 毛 茂 2， 朱宝利 2
（1.长春轨道客车股份有限公司， 吉林 长春 130062； 2.唐山轨道客车有限责任公司 制造技术中心， 河北 唐山 063035）
为了保证车体组成焊接后的外形轮廓和整体尺 寸， 减小车体焊后变形， 在车体组成装焊过程中采 取取了以下工艺措施： 在焊前进行装配时， 预制反 方向的变形量以抵消 （补偿） 焊接变形[3]。 利用支撑 杆将左右侧墙向外侧支撑， 增加车体宽度放量， 如 图 4a 所示； 用顶镐加支撑将车顶向上顶出 6 mm 高 度余量， 设置高度方向反变形量， 如图 4b 所示； 将 端墙内部与侧墙连接处增加刚性支撑， 预制焊前反 变形 ， 反 变 形 量 4 mm， 如 图 4c 所 示 ； 将 车 顶 空 调 框切口部位， 增加 Z 形固定支撑， 提高车顶刚度， 如图 4d 所示。
变形过大 （图 2b）。
（2） 优化工艺参数 调整焊接电流、 电弧电压、
优化焊接工艺参数的匹配性， 控制焊前预热温度及
道间温度， 保证焊缝熔合的前提下适当提高焊接速
度， 减少热量集中。
（3） 提高装配质量 焊接封板内侧角焊缝时预
制反变形， 将封板内侧与侧墙紧贴严密， 减小焊接
填充量， 降低焊接变形量， 进而减少调修对焊缝及
通过以上工艺措施， 有效解决了头车一位端短 侧墙的焊接缺陷及变形问题， 保证了短侧墙的焊接 质量。 2.3 车体组成焊接变形控制
动车组头车铝合金车体组成的焊接特点是将底 架、 侧墙、 车顶、 端墙等各大部件部件经过组装焊 接后， 形成车体整体箱形结构， 各部件焊接中产生 变形量， 到车体组成工序时尺寸公差累积， 为了保 证车体组成的外形轮廓和尺寸， 减小车体组成焊后
72 ·焊接质量控制与管理· 接变形问题， 对其原因及焊接工艺进行分析研究。
（a）
（b）
图 2 一位端封板焊接
2.1.1 原因分析
（1） 焊 接 工 艺 及 焊 接 参 数 匹 配 性 不 合 理 是 造 成
封板焊接变形， 调修后角焊缝及母材开裂的主要
原因。
（2） 使用火焰加热和机械锤击方法对封板进行
量大、 停靠点多等特点， 铝合金车体作为交通设备 的载体， 车体结构强度、 力学性能、 抗疲劳性对车 辆的运营稳定性和使用寿命有重要影响[1]。 列车高速 运行中， 车上焊缝基本处于动载状态下作业， 因而 对焊接质量有非常严格的要求。 本文针对 CRH3A 头 车铝合金车体试制过程中出现的焊接质量问题， 分 析原因， 并提出合理有效的工艺措施， 保证了车体 的焊接质量。
车运行安全有着重要影响。 短侧墙由 18 mm 铝合金 中厚板与侧墙连接板焊接组成， 焊接质量要求高， 焊缝表面采用渗透 （100%PT） 检测。 焊缝采用多层 多道焊且立向上 （PF） 焊接， 焊接收缩量大， 易出现 熔合不良及根部未焊透等焊接缺陷。 为了解决短侧墙 焊接缺陷问题， 提高生产效率， 通过分析焊接缺陷 产生的原因， 提出相应的工艺措施， 以提高短侧墙 焊接质量。
·焊接质量控制与管理· 73
（c）
（d） 图 4 一位端封板焊接
通过以上工艺措施， 有效解决了车体组成焊接 后变形问题， 保证了车体外轮廓弧度及尺寸， 大大 减少了调修工作量， 提高了生产效率。 3 结论
通过分析动车组头车铝合金车体的焊接难点， 探讨了焊接变形产生的原因， 结合动车组头车铝合 金车体实际生产提出了相应的工艺措施和解决方法， 有效地控制了焊接变形及车体一位端空气动力学前 端的焊接问题， 确保了动车组头车铝合金车体的焊 接质量， 控制了车体焊接变形。