车体蒙皮焊接变形控制及调平工艺分析

机车车体侧壁结构一般由内部骨架和外部蒙皮组焊而成，侧壁骨架一般由型钢或压型件拼焊而成，自身刚度有限，蒙皮为2-3mm冷轧钢板，在侧壁组焊和车体总成组焊过程中极易产生焊接变形，导致蒙皮表面凹凸不平，如果后续调平不到位就会直接影响车体整体外观质量。尽管随着焊接技术的不断发展以及装备能力的提升，焊接变形的控制手段有了很大的提升，但由于整体投入较大，尤其是对于多品种小批量生产情况下传统工艺方法还是有更加广泛的应用，本文主要是介绍几种常见的车体蒙皮焊接变形控制方法和调修工艺，以及针对不同结构特点产品的具体应用。

1蒙皮涨拉工艺

蒙皮涨拉工艺在机车及客车制造中有着比较广泛的应用，分为冷涨拉和热涨拉两种方法，其中冷涨拉又分为一次冷涨拉和二次冷涨拉，热涨拉根据热源不同又分为火焰加热涨拉和电加热涨拉。一次冷涨拉工艺方法为：将蒙皮一端分段焊接固定在侧壁立柱上，另一端固定在涨拉装备上进行牵引，使得蒙皮在拉紧状态下与侧壁骨架贴合，内部与骨架分段焊接，但是一次冷涨拉由于一端固定在侧壁立柱上，涨拉过程中产生的反作用力主要由骨架承受，而一般侧壁骨架刚度有限，涨拉力不允许过大，蒙皮涨拉不够充分，特别是蒙皮长度超过7m的情况下效果不是很理想，为解决该问题，一般都采用二次冷涨拉，二次冷涨拉工艺方法是在在一次冷涨拉工艺实施前将预校平的蒙皮预先在涨拉机上涨拉，使蒙皮超过其屈服极限产生一定的塑性变形，蒙皮延伸量大致控制在0.1%-0.15%左右，之后按照一次冷涨拉方法与侧壁骨架组焊，效果明显优于一次冷涨拉，因此应用更加广泛。热张拉工艺基本过程与一次冷涨拉工艺相似，差别在于蒙皮涨拉过程中对蒙皮进行加热，根据“热胀冷缩”原理，在蒙皮涨拉时通过加热使蒙皮在膨胀状态下焊接在侧壁骨架上，冷却后蒙皮收缩绷紧。热涨拉根据加热源不同分为火焰加热涨拉和电加热涨拉，火焰加热涨拉由于蒙皮面积较大，加热过程中很难保证受热均匀，容易造成局部受热产生难以消除的变形，操作难度较大，应用较少，常用的热涨拉为电加热涨拉，通常使用低电压大电流电源进行加热，操作上相对简单，加热均匀，涨拉量容易控制，效果较好。另外，为避免车体骨架承受涨拉过程中的反作用力，可以在涨拉时将蒙皮两端均固定在涨拉装备上，而不是一端预先焊接在侧壁立柱上，涨拉后通过两侧的顶紧装置使蒙皮与立柱密贴。

2真空吸附调平工艺

真空吸附调平工艺主要是应用于侧壁蒙皮与骨架焊接后局部变形的调修。真空吸附调平装置主要包含一套真空泵以及配套相应的真空调平板，真空调平板的大小根据被调平面骨架网格而定，应超过骨架网格大小。真空调平板整体结构如图1所示，为确保调平板与侧壁蒙皮四周贴合，形成一个封闭内腔，在真空调平板的四周设置了凹槽，如图2，利用耐高温橡胶密封条在吸真空时调平板与蒙皮严密贴合。同时，为确保调平板与蒙皮之间的空气能顺利抽走在调平板的中心设置了抽真空孔，在工作面上设置纵横交错的且连通的网格状气流槽，且气流槽与中心抽真空的孔相通，如图3。真空吸附调平主要工艺过程为：将真空吸附板放置在需要调平的位置上，抽真空后吸附在蒙皮表面上，在蒙皮背面采用火焰进行烘调，烘调时从凸点位置向外做梅花状圆点烘烤，圆点数量、密集程度根据变形大小调整，圆点直径控制在25-30mm，加热温度尽量控制在550-600℃（暗樱红色），不超过700℃，避免过烧，同时为提高效率，烘调后可采用橡胶锤进行敲击，然后采用高压风进行风冷冷却，另外在烘烤时也可以设计专用多头烘枪提高烘烤效率。

3不同结构侧壁蒙皮调平工艺应用

3.1骨架刚度偏小且网格不规则的侧壁。如图4所示，侧壁骨架由各种压型件、角钢、立柱、斜撑等组焊而成，整体刚度偏小，且立柱、斜撑组成的骨架网格不规则，对于该类型的结构我们基本上采用以蒙皮涨拉为主，真空吸附调平为辅的工艺进行变形控制就调平，主要工艺过程如下：①侧壁骨架组焊后，先进行车体总成，将侧壁、间壁、顶盖与车架进行组焊，形成车体骨架，对侧壁骨架进行调平，平面度控制在1.5mm/m之内；②将车体骨架调运至蒙皮涨拉台位，调整车体横向、纵向中心线与台位中心一致，误差不大于10mm，调整两侧风缸位置，确保风缸压紧时能压在立柱上，如图5、图6；③将蒙皮吊入涨拉台位，两端与油缸相连的工艺板焊接，控制两端液压油缸对蒙皮进行预拉紧，如图7；④通电加热，加热时间控制在5-7分钟，测量蒙皮伸长量，伸长量范围为18-26mm（蒙皮总长为17600mm）；⑤控制车体两侧气缸，将蒙皮与侧壁骨架压紧，在车体内部对蒙皮与骨架进行分段焊焊接，分段焊接完后用等离子切割机切断蒙皮两端与工艺板的连接；⑥左右侧壁各有上下两块蒙皮，涨拉时按左上、右上、左下、右下顺序进行；⑦蒙皮涨拉后进行平面度检测，对超差部位采用火焰烘调，对于局部骨架网格规则的部位也采用真空吸附装置进行辅助调平。3.2骨架刚度较大且网格规则的侧壁。如图8所示，侧壁骨架采用规则的矩形钢管组焊而成，刚度较好且网格尺寸规则，对于该类型的侧壁结构，我们基本上采用真空吸附调平工艺进行调平，主要工艺过程为：①车体总成完成后将车体吊运至调平台位；②选择合适的真空调平板，要求调平板四周能压在骨架上，将调平板吊至相应的网格位置并与蒙皮贴靠，打开真空泵进行抽真空，确认调平板与蒙皮紧密吸附；③在车体内部对相应蒙皮进行火焰烘烤，烘调时从凸点位置向外做梅花状圆点烘烤，圆点数量、密集程度根据变形大小调整，圆点直径控制在25-30mm，加热温度尽量控制在550-600℃（暗樱红色），同时采用橡胶锤敲击、高压风冷却；④测量调平后的蒙皮平面度，局部超差的进行二次调平。

4结论

采用上述方法对侧壁蒙皮焊接变形进行控制和调平后，平面度能够控制在2mm/m2范围内，蒙皮涨拉和真空吸附调平都是控制蒙皮平面度比较有效的传统工艺，只要熟悉掌握其原理和方法，并结合具体产品结构特点，在其它类似薄板件变形控制和调平上可以进行广泛的运用。

参考文献：

[1]温战海.客车侧围蒙皮涨拉工艺浅谈[J].客车技术，2009（3）.

[2]陈积翠.立式真空调平工艺在机车顶盖上的应用[J].电力机车与城轨车辆，2014.

[3]纪浩然.分步装配工艺在钢结构焊接变形控制中的应用[J].内燃机与配件，2019（08）：101-102.

作者:姜明 单位:中车戚墅堰机车有限公司