电力机车车体侧墙焊接结构及工艺分析

李欢 张志丹 高海旭

摘要∶本文从车体侧墙方面入手，对电力机车的焊接结构进行了分析，并通过试验分析了焊接环节所需采用的方法、材料以及相关规范等等，确定了能够从变形量方面，减少对大型钢板和梁结构影响的焊接工艺，进而为电力机车提供了与设计质量要求相符的车体侧墙结构。

关键词：车体侧墙;焊接结构;焊接工艺

一、焊接结构介绍

在焊接侧墙结构的过程中所应用的大型板结构和梁焊接结构都是最典型的，整个侧墙的长度和高度分别为14094mm和2512mm。由于采用了6mm板厚的Q345E梁，所以更易出现焊接变形。在总组焊接侧墙之前，需要先组焊框架以及小骨架等结构。

二、焊接工艺介绍

（一）焊接方法选择

电力机车采用了具有良好焊性的Q235A型侧墙结构部件。由于3-4mm厚的板极易出现变形，因此需要采用线能量较小、规格并不大的焊丝。H08Mn2SiA的焊丝具有φ1.0的直径。

表2为其机械性能。想要降低飞溅，具有良好的熔深和美观的焊缝，就需要采用φ1.0 φ（Ar）80%+的富氩气体来保护焊。

三、分析焊接工艺

（一）确定焊接工艺参数

选用了焊性良好、3-4mm厚的母材板，并在工装上固定，由于平焊部位有大量焊缝，因此需要按照如下规范进行焊接：采用160-200A、23-26V的电流和电压;采用10-12mm伸长度的焊丝，采用10～15 L/min4流量的富氩气体。

（二）焊接工艺要点

1.立柱的组焊

在立柱中组焊压型槽钢和板时，需要对中间900mm进行连续角焊，因此纵横向收缩的焊缝形成的压应力，会导致焊接后的立柱在亚型槽钢反面形成大约6mm的挠度。所以，在焊接完立柱后需要进行火焰调平，将中性焰氧乙炔应用于压型槽背面，烤8-10个对称点，同时需要在中间位置采用F型螺纹进行立柱压平，并在空气中对其进行冷却，调节立柱高度不超过2mm/2 m。

2.焊接窗上板、窗下板

在侧墙上焊接完窗上下板的剩余零组件后，需要在底加上对其进行吊装，通过焊接其与后端墙以及司机室等后，能够实现对框架结构的焊成，然后可以借助涨拉蒙皮焊接工艺，也就是采用大约8t的液压力依次拉紧窗的上下板，并通入12-18V、5000-6000A的电压和电流来进行加热，由于港版自身具有能够发热的电阻，在经过8-12min通电后，窗上下板能够达到大约80℃的温度。加热停止，通过多个起动的汽缸能够在侧墙骨架上压紧窗上下板，并且能够在立柱、上下横梁等之间进行快速塞焊，然后等待其冷却到室温。如此，将拉应力预置到窗上下板，能够避免窗上下板与顶板、下横梁和底架等的连续焊缝对接，避免了压应力的产生，使窗上下板具有了平整的外观。

3.切割采光窗口

在焊接完侧墙和其他车体部件之后，需要对其进行调磨，然后借助热影响区和热变形不大的等离子弧工艺对窗上板进行开孔，用于对钢化玻璃进行安装。

（三）焊接工艺要点

（1）小骨架组焊

想要从变形量和预置挠度方面，实现对骨架影响的减少，促进工作效率的提升，就需要以5个小骨架来划分侧墙骨架，并将其组焊到刚性夹具上，最后在侧墙总组焊夹具上对大骨架进行组焊。

（2）上弦梁焊接

整个上弦梁为13735mm长，拼接面有4块，内、外板错开了200rm的拼接位置。由于焊缝会收缩，因此需要采用相关工艺放长20mm上弦梁。首先在定位焊接工装部位时，需要放入4块内板，任意焊缝的预留间隙为2-3mm，并且需要对焊接垫板进行装焊，然后需要做好对肋板的装入、压紧和焊接。外板的装入需要等到焊缝冷却后，任意对接外板的焊缝需要预留的间隙为2-3mm。并且需要组好对焊接垫板的焊装，在焊定位完成后，需要在焊缝内对接内外板，等到焊缝焊接完毕后，才能够对两条长焊缝进行焊接。由于存在过长的焊缝，因此，想要保证梁体不会出现扭曲，就需要按照500-700mm的长度，采用分中分段的方法来退焊长焊缝。任意长焊缝都需要进行两层焊接。

等到焊缝温度冷却后，需要在平台内放入梁体来矫正火焰，需要加热氧乙炔，并采用风冷矫正法。首先，需要按照先立弯后旁弯的顺序来进行调节，然后按照线状和三角形来对立弯矫正进行加热，采用550-600℃的温度和25-35mm的线宽来进行矫正，最后在线两侧进行三角加热。

可以通过线状加热来矫正旁弯，按照300-500mm的向距进而200mm的线宽来进行加热。尤其注意，想要实现对死弯的避免，加热时需要尽可能做到多次错开。

虽然，另一根上具有与此根梁结构不同的悬梁，采用可以采用相同的焊接工艺。

（四）侧墙组焊

由于焊接会出现收缩，并且需要采用相关工艺来放量连接在侧向和后端墙的蒙皮25mm。首先需要在侧墙拼接蒙皮板，然后在侧墙总组装台放入蒙皮板，想要全面的焊透蒙皮，严格控制蒙皮板之间的缝隙不超过2-3mm，想要保证蒙皮板不会出现焊接变形和焊接裂缝，就需要按照6-10mm长度来定位焊，焊后切勿对定位焊缝进行敲击，只能够在焊缝两侧进行敲击。按照100-150的间距来定位焊。然后需要在工装中吊入组成的上线梁。施焊需要在定位后进行，工装中只能放入5片小骨架，骨架之间需要保持2mm的间隙，然后小骨架梁的焊接需要在龙门压紧装置压紧后进行，两个人在进行焊接的过程中，需要向两侧进行对称焊接。

结束语：

电力机车最重要的车体钢结构组成部分就是侧墙结构，主要包含了侧墙版以及不同的纵横梁组焊等。通过组装其与底架、连接横梁以及后端墙等结构，能够实现对承载结构整个框架的组建，所以部分载荷必须由侧墙分担。立式百叶窗整齐地排列在车体纵向左右墙，百叶窗中的大气由过滤网进行尘埃过滤，然后输入到车体内，用于实现对各种设备的冷却。侧墙上部的窗口是固定的，用于安装钢化玻璃来进行采光。同时电力机车车体的侧墙是外露的，因此其必须具有平整、美观的外表。这些都加大了设计和制造侧墙的难度。因此需要从车体侧墙方面入手，对电力机车的焊接结构和工艺进行研究。

参考文献：

[1]张硕韶，王建功，白彥超，阎锋.高速动车组铝合金车体结构设计[J].电焊机，2013，43（08）：18-23.

[2]金希红. 重载电力机车车体结构设计与强度研究[D].西南交通大学，2013.

[3]张硕韶，王建功，白彦超，阎锋.高速动车组铝合金车体设计[J].中国铁路，2013（02）：43-47.