自动焊在动车组车体制造中的应用

陈东方

（南车青岛四方机车车辆股份有限公司,山东 青岛 266111）

自动焊在动车组车体制造中的应用

陈东方

（南车青岛四方机车车辆股份有限公司,山东 青岛 266111）

本文讲述自动焊系统在动车组车体制造中的应用，讨论了自动焊在各部件生产制造中的优势及存在的问题。

自动焊；车体；动车组

1 概述

自动焊系统是指在焊接过程中采用特制或一系列的机器，载入工件，然后将焊炬和工件导入相应的位置，实施焊接并进行焊接质量监控，形成达到质量要求的焊接产品的加工系统。自动焊系统，一方面可以大幅度提高生产效率，节省大量的时间和人力成本，另一方面，焊接质量和精度可以得到有效的保障，因此在制造业各行业得到了越来越广泛的应用。

目前，在车体制造中采用自动焊接的部分有：底架边梁的自动焊、地板的自动焊、车顶的自动焊、侧墙的自动焊等。自动焊接在车体制造中已经得到了广泛的应用，涉及到车体制造中的方方面面。目前车体制造中的自动焊接系统，一般包括行走系统、焊接系统、控制系统、检测系统以及相应的工装系统。

2 底架边梁自动焊

（1）边梁自动焊过程。底架边梁由上边梁型材和下边梁型材拼接而成，焊缝长度约20m，使用自动焊接可以提高产品质量及其稳定性，并大大提高工作效率。

（2）边梁自动焊工装。边梁自动焊的工装如图1 所示，可以实现两个边梁组成的内侧和外侧焊缝的焊接。边梁进行完内侧焊缝焊接后，由于横向收缩不均发生角变形，为将产品的变形控制在一定范围内，设计工装时考虑对边梁自动焊预制反变形。工装设计了一个高约2mm的凸起，如图2所示。外侧焊缝焊接时，将内侧焊缝放置在凸起的位置，然后再进行自动焊接。通过这种方法预制的反变形量正好可以在自动焊之后得到抵消，焊接变形得到了控制。

图1 边梁自动焊工装

图2 边梁自动焊工装“凸起”示意图

（3）存在的问题。从焊接的产品质量来看，在焊缝的起弧和熄弧区域焊接质量稍差，由于边梁设计结构的限制，边梁的纵向焊缝不连续，出现多次起弧和熄弧。因此在实际的生产中可以考虑可以在焊缝中断处增加引弧板和熄弧板，使焊接质量得到保障。

3 地板自动焊

（1）地板自动焊过程。地板组成由六块或七块长大型材拼焊而成，每条焊缝长度约14m。使用自动焊焊接可以两条焊缝同时焊接，焊接效率高，优势明显。焊接前进行焊接部位表面处理，方式和要求与边梁的焊前处理相同。自动焊的焊接顺序以控制焊接变形为原则，避免相邻焊缝同时焊接。

（2）地板自动焊工装。单层地板的厚度较薄、易于变形，调修较为简单，焊接时并没有对其进行预制反变形等防止焊接变形的措施。为保证焊缝的成型，工装上设置了带槽的铜垫板，确保焊缝单面焊双面成型。双层地板的自动焊工装上采取了预制反变形的措施，在中部地板进行完正面自动焊之后，在反面自动焊工装固定，此处设置了反变形。中部中部的反变形量为18mm。

（3）存在的问题。单层地板自动焊时，由于铝合金型材的水平度较差，在组配时常常出现错边现象，虽然采用焊接时采用的压紧措施，如焊接时采用滚轮压紧，但仍会出现背面成形不良的问题。解决的措施主要为提高铝型材及型材组对的质量。双层地板焊接中虽采取预制反变形来控制焊接变形，但变形量依然较大，这主要是由于自动焊焊时，工装只是对两侧的两块型材进行压紧固定，中部的地板型材未进行固定，造成地板刚度不足。

4 侧墙自动焊系统

（1）侧墙自动焊过程。侧墙由七块长大型材组焊而成，焊缝多且长度长，适于采用自动焊接方式。焊接前进行焊接部位表面处理，方式和要求与边梁的焊前处理相同。自动焊的焊接顺序以控制焊接变形为原则，避免相邻焊缝同时焊接。

（2）侧墙自动焊工装。侧墙自动焊工装大量采用的气动压紧装置，大大提高了自动化水平，提升了生产效率。侧墙自动焊工装在设计时虑到了对焊接变形的控制。在反面自动焊工装上设置厚度为3mm的垫块，使侧墙预制一个3mm的反变形。另外，将侧墙固定在反面自动焊工装上时，侧墙两侧的距离增加16mm工艺放量，通过这两种方法预制反变形对焊接变形进行控制。

（3）存在的问题。由于车体总组装的要求，需要侧墙预制纵向和宽度上的挠度，这就增加了侧墙自动焊保证侧墙弧度的难度，因此在实际的生产过程中，侧墙的弧度时常出现超差的情况，尤其在侧墙结构发生变化时，控制侧墙的整体弧度难度大大增加，需要工艺师制定合理的工艺措施，以及现场施工人员具备丰富的现场生产经验。

5 车顶自动焊

（1）车顶自动焊过程。车顶由7块铝合金长大型材组焊而成，共六条长度约为25m的焊缝。采用自动焊焊接既能保证焊缝质量的稳定性又能提高焊接效率。车体自动焊焊接顺序的选择也组主要考虑焊接对焊接变形的影响，合理的焊接顺序可以将变形控制在一定范围内。

（2）车顶自动焊工装。车顶自动焊工装大量采用的气动压紧装置，大大提高了自动化水平，提升了生产效率。车顶反面自动焊时考虑了通过预制反变形对顶棚变形进行控制。通过工装上的支撑块对顶棚预制反变形3-5mm。通过这种方法来控制焊接变形量。

（3）存在的问题。在实际生产中，虽然预制了反变形，但车顶的轮廓度控制仍存在一定的难度。出现这一问题的原因为：车顶型材本身尺寸异常，或各型材尺寸合格但组配起来之后却尺寸或轮廓度不合适，给车顶自动焊过程中弧度的控制增加了难度。

6 结束语

自动焊接系统已经涉及到动车组车体制造中的很多方面，并在节省人力劳动、提高生产效率、提高焊接的精度和质量、减少废品量和返工的次数方面发挥了巨大的作用。但自动焊接系统在车体制造中的应用依然存在或多或少的问题，需要工程师们继续努力探索和研究，以发挥自动焊系统在动车组车体制造方面的作用和优势。

[1]史维琴.“教学工厂”理念对焊接技术及自动化专业建设的启示[J].教育教学论坛,2013（26）.

[2]张善保.哈尔滨焊接研究所焊接工艺设备在重大工程中的应用[J].机械制造文摘（焊接分册）,2012（04）.

[3]刘志平.高速动车组铝合金车体自动焊接工艺研究[J].热加工工艺,2012（07）.

陈东方（1986—），男，山东郓城人，硕士，工程师，主要从事：高速动车组铝合金车体工艺设计开发。