ＣＲＨ３８０ＢＬ型高速动车组司机室 模块化组焊工艺 唐山轨道客车有限责任公司 （河北０６３０３５） 于红宋兴华 ｌ＿概述 ＣＲＨ３８０ＢＬ型高速动车组是我国首次自主研 曲面的连接结构，所以制造难度非同一般。传统的 手工拼接组焊模式不但组焊效率低，而且很难可靠 制的高速动车组，２０１ １年１月９日，公司制造的 ＣＲＨ３８０Ｂ Ｌ动车组在京沪高铁先导段运行试验 中，创下了４８７．３ｋｍ／ｈ的“世界铁路运营试验最高 速”。ＣＲＨ３８０ＢＬ型高速动车组司机室为流线型全 控制产品质量。通过学习飞机制造技术，将整个司 机室分解成几大部件分别制造，然后再进行最后的 组装，用部件质量保证整体质量。 根据对司机室结构分析，将ＣＲＨ３８０ＢＬ型司机 室分为前墙、左侧墙、右侧墙、前窗框、环形框和 铝合金焊接结构，源于空客（ａｉｒｂｕ ｓ）大型飞机制 造技术，以空间曲梁为骨架，以带筋曲面整体壁板 为蒙皮，总长６．２７９ｍ，重ｌｔ，空气动力学性能及使 车顶等６大部件。除司机室车顶采用散件直接组焊 工艺外，其他部分采用了先部件制造后，整体组焊 用可靠性要求极高，是一典型的高技术产品，是司 机室技术发展的方向。 集成工艺，而每一个大部件又分解成下一级组件或 单件焊接。部件为型材加工、部件组焊、调修和检 测交出。部件完成后，在司机室组焊台位进行司机 室组焊、调修、交出。因此，每完成一个司机室的 制造，相当于完成一个传统意义上的车造。因 ２．司机室结构简介 ＣＲＨ３８０ＢＬ型高速动车组司机室铝结构为全铝 焊接结构，采用带筋整体壁板加空间双曲度梁生 成，主要由前墙、前窗框、左右侧墙、车顶（散 装）和环形框组成。司机室铝结构三维立体和爆炸 图如图１所示。 此，完成整个司机室的制造需要分级制造，进行模 块化的生产。司机室铝结构制造工艺流程设计如图 ２所示。 ］ｌ焦丝竖Ｕ 黧 —］ｌｎ 鱼埕ｌＩ 机 司 焊 囊 区 。憧 室组 螂 晤 图ｔ 司机室铝结构三维立体和爆炸图 ｑ’ 图２司机室铝结构制造工艺流程设计 ３．司机室铝结构制造工艺分析 司机室外轮廓蒙皮由多个不同曲面拼接的空间 ４．模块化组焊工艺 由于司机室由６件主要大部件组焊完成，而每 个大部件又由下一级组件或单件焊接完成，整个司 机室为全焊接结构，焊接工作量非常大。由此带来 曲面组成 整体上呈流戮形圆滑过渡状，有的部位 ’ ｝曲面之间曲率变化非常急剧。如司机室车顶外蒙皮 弯曲程度极大，而与之连接的侧墙弯曲程度却明显 的是司机室各部件因焊接变形导致的外轮廓尺寸严 重超差和外形扭曲问题，从而给司机室最后的组焊 减小，而前端的前墙已为一平面，结构中存在多种 ５ｏｉ 茹器 参磊 旺 带来困难。如果仅通过焊后的调修来调整外轮廓尺 寸，则增大了焊接区域的应力集中，调修量大。因 此，在完善的ＥＮ１５０８５焊接质量控制体系下，我们 采取了综合的工艺手段：如控制适宜的恒温恒湿环 境，焊接变位器的大量应用，刚性固定法和反变形 法，合理的焊接顺序等措施，保证司机室及其部件 焊后尺寸。 （１）前墙组焊工艺通过分析前墙结构，设 计前墙组焊工艺流程如：前墙主体装配一主体焊接 一附件装配一附件焊接一机加工处理一检测交验。 前墙由碰撞梁、前板等零件组成。其中碰撞梁 与前板的连接处为Ｖ１５焊缝，需要经过三层七道的 焊接，前墙主体焊缝形式如图３所示。而每道焊接 前都必须进行预热处理，加上焊接产生的热量，焊 接变形问题不可避免，严重影响结构的制造精度和 使用性能。在焊接过程中通过合理布置夹具、施加 有效的拘束作用，以有效地控制焊接变形，前墙组 焊工装及前墙装配如图４所示。 …！ 一 一一一一 图３前墙主体焊缝形式 图４前墙翻转组焊工装及前墙装配示意 （２）前窗框组焊工艺通过分析前窗框结构， 设计工艺流程如：前窗框主体修配一主体焊接一修 补一检测交验。 前窗框由４根窗框型材与１根横向型材组焊而 成。焊接时如果焊接间隙过大或不进行拘束，则会 产生较大的变形，而且在结晶时，在焊缝金属及热 影响区等部位会产生裂纹。为保证焊接质量及后续 球面玻璃安装的密贴性，需要将窗框型材与横向型 材进行反复的修磨装配。 先将４根窗框型材放到工装上进行实际修配， 保证装配缝隙≤２ｍｍ。根据制造图样修配焊接坡 口。修配横向交叉梁，待４根窗框型材修配完成 后，根据此４根梁的装配情况，对横向型材进行配 装，并修配焊接坡口。修配结束后进行整体装卡， 用工装和Ｆ型卡具等调整错边量。错边量调整合适 后点固定位，对引弧板进行必要修磨。按照焊接顺 序计划进行焊接。对全部焊缝进行表面磨平ＰＴ， 对焊接缺陷进行补焊。前窗框翻转组焊工装及前窗 框装配如图５所示。 图５前窗框翻转组焊工装及前窗框装配示意 （３）环形框组焊工艺通过分析环形框结构， 设计工艺流程如：环形框主体装配一主体焊接一附 件装配一附件焊接一修补一检测交验。 环形框由三块主体框架型材组焊而成。为保证 环形框组焊质量，设计了环形框翻转组焊工装。环 形框翻转组焊工装及环形框装配如图６所示。 图６环形框翻转组焊工装及环形框装配示意 首先将三块主体框架型材在组焊工装上进行配 装，调整合适后用Ｆ型夹具夹紧，同时保证环形框 开口侧尺寸。然后按照焊接顺序计划对主体进行焊 接，采取单面焊双面成形的焊接方式。如此，完成 环形框主体框架的组焊。随后在主体框架的基础 上，进行环形框附件的装配焊接。为保证焊缝质 量，适当使用焊接引弧板及焊接垫板，装配时辅助 Ｆ型夹具进行装夹，调整错边量。 （４）侧墙组焊工艺通过分析侧墙结构，设 计工艺流程如：侧墙窗带组焊一侧墙骨架组焊一侧 墙蒙皮组焊一修补一检测交验。 为保证司机室侧墙组焊质量，分别设计了侧墙 窗带翻转组焊工装、侧墙骨架翻转组焊工装、侧墙 蒙皮翻转组焊工装，依次完成侧墙的装配过程（见 图７）。侧墙翻转组焊工装及侧墙装配示意如图８ 所示。侧墙装配的过程即依照工装及样板对侧墙单 件及组件物料进行样装、修磨调整、装配焊接的过 程。 （５）司机室总成组焊工艺通过分析司机室结 构，设计工艺流程如：环形框一左侧墙一右侧墙 参曷 … ５＇Ｉ 进行横向和垂向定位；使前鼻安装面与定位面贴 合，对前墙进行纵向定位，并用夹紧装置及Ｆ型夹 １． 具夹紧。 图７侧墙装配过程 图８侧墙翻转组焊工装及侧墙装配示意 一前墙一车顶弯梁一前窗框一车顶蒙皮一附件一检 测、调修。 司机室总组装即为模块化组件的组合，是在司 机室组焊工装上实现的，司机室组焊工装及司机室 装配示意如图９所示。保证了模块化组件与安装平 台充分的接触，严格控制各组件空间的相对垂直度 及平面度要求。 图９司机室组焊工装及司机室装配示意 装配过程中，各装配要点如下： 第一，纵向使环形框中心与台位中心重合，垂 向及横向与定位块贴合。 第二，调整侧墙窗口和侧墙弧度至合适；用支 撑杆倾斜一定角度顶侧墙根部；将侧墙与总组装胎 侧弧定位板紧贴；用Ｆ型夹具将侧墙与总组装胎侧 柱定位块紧贴；调整、检测，确定侧墙板与环形框 装配处平滑过渡，并用Ｆ型夹具夹紧。 第三，打磨车顶弯梁端部，直至保证焊接间隙 为止；将弯梁组装到相应位置，并用Ｆ型夹具将弯 梁与立面定位处夹紧。 第四，调整前墙，安装前墙定位螺栓，对前墙 置Ｉ．’２０期与切割￣，Ｆｗｗ ｗ．ｍｅ ｔｏ １ｗｏｒｋ ｌｎｇ ｌｇＳＯ．ｃｏｍ ’，…’。磊 工 。热加工 第五，比对划线进行手工切割、打磨，移动前 墙工装多次比对，最终确定司机室总长；调整侧墙 与前墙装配位置，防止出现凹坑，检查前墙与左右 侧墙对称装配。 第六，调整前窗框安装工装，保证前窗框纵向 中心与司机室纵向中心对齐，划线、修配前窗框中 梁端部；吊运前窗框安装工装至总组成胎位；样装 前窗框，修配前窗框横向型材长度。 第七，顶板等附件修磨装配，保证焊缝间隙、 错边量满足焊接要求。 ５．检测 在司机室的整个制造过程中，涉及到的三维曲 面的检测，采用传统的手段和方法很难完成。针对 此难点，我们采购了激光检测设备，并自己开发了 配套的软件，极大地提高了司机室三维曲面部件的 检测效率和质量。 通过激光跟踪技术，测量靶标点实际尺寸，与 理论尺寸进行拟合对比，计算偏差值，并投影到 、Ｙ、ｚ方向，分析整个部件的尺寸精确度。三维 司机室检测难度大，需要使用ＡＰＩ（激光跟踪仪） 检测。通常先对司机室三维模型进行处理，形成如 ＩＧＳ格式文件，导入测量机；在司机室实物上采集 大量的点，将这些点与司机室三维模型进行拟合； 给出公差范围，计算出合格点和超差点，输出分析 报告。 ６．结语 ＣＲＨ３８０ＢＬ型高速动车组司机室涉及到的型材 有上百种，其中三维型材占绝大部分。由于司机室 从单件到小部件，再到大部件，直至司机室总成， 整个司机室为全焊接结构，需要进行大量的焊接 量。由此带来的是司机室各部件因焊接变形导致外 轮廓尺寸严重超差和外形扭曲问题，从而给司机室 最后的组装带来困难。 通过对司机室及其各大部件的分析，总结出一 套模块化组焊工艺，在保证焊接质量的同时，很好 地实现了对司机室及其组件的焊接变形的精确控 制，保证了司机室各组件的装配尺寸和司机室最终 的外轮廓尺寸。ＭＷ（２０１１１１０６）
