专利名称：控制轨道车辆司机室焊接曲面变形的方法
技术领域：
本发明涉及焊接技术领域，尤其涉及一种用于控制轨道车辆司机室焊接曲面变形 的方法
背景技术：
动车组由于在高速运行中，承受高频振动载荷的冲击，动车组铝合金车厢外形尤 其是车头部分均为三维流线型设计，因此对其外形轮廓的控制至关重要。按照现有车体组 成制造工艺，虽然在理论上能满足生产要求，但在现场实际工作中没有考虑到由于焊接量 大、产生热量过多等因素导致的车体外轮廓变形，由于焊接变形的原因，组装胎上卡具的刚 性的固定不能保证其焊后的外轮廓，车顶的大部分焊缝在外部，焊后会使车体高度尺寸变 小，车体外形轮廓无法得到控制，致使调修困难，严重影响车体质量，大大增加了生产周期。
发明内容
本发明提供一种控制轨道车辆司机室焊接曲面变形的方法，用以解决现有技术中 的缺陷，实现减少调修工作量、降低生产周期、提高车体质量。本发明实施例提供一种控制轨道车辆司机室焊接曲面变形的方法，包括以下步 骤1)制备毛坯车厢11)制备两个弧面形侧板结构；将两根以上的经度弯梁和两根以上的纬度弯梁交 叉焊接构成弧面形框架梁，将面板焊接在所述框架梁外侧制成所述弧面形侧板结构；所述 经度弯梁与所述面板长度一致，所述纬度弯梁与所述面板高度一致，所述侧板结构沿所述 毛坯车厢长度方向高度逐渐增加；其中所述面板的上部分和下部分为金属板，中部分为玻璃板，所述玻璃板至少前 半部分为球面玻璃板；所述面板上部分的前端为补板；12)组装车厢框架；121)将两侧板结构设置在所述组装胎具上，通过两个倾斜设置的侧板支撑工具对 所述两框架梁前部内侧施加向外的支撑力，通过两个以上的水平设置的侧板支撑工具分别 对所述两框架梁中后部内侧分别施加向外的支撑力，使所述两面板在该侧板支撑工具的作 用下与所述组装胎具定位配合；所述倾斜设置的侧板支撑工具设置在所述球面玻璃板内侧 的框架梁上，并沿所述纬度弯梁上曲率半径最大点的法线方向设置；所述面板沿所述纬度 弯梁曲率半径最大点的法线方向的变形量为20毫米；122)环形框梁由与所述车顶板形状适配的顶梁和与两侧板结构形状适配的两侧 梁构成；将所述两测梁分别与两侧板结构后侧焊接；123)将与所述车顶板形状相适配的车顶弯梁两端依次焊接在两侧板结构顶端； 所述车顶弯梁为两根以上并沿所述毛坯车厢的长度方向平行设置且其顶部分别与所述组 装样板贴合；124)将前墙装配在组装胎具上，与两面板的前侧之间以焊接设置前墙；
125)拆除所述侧板支撑工具；13)将两块以上的单元板点焊拼组构成弧面形车顶板；14)将所述车顶板置于所述车厢框架顶部；将两侧板结构顶端分别与所述车顶板 两侧点焊连接构成横截面呈拱形的毛坯车厢，所述毛坯车厢的横截面积沿毛坯车厢长度方 向逐渐增大；将所述车顶板后端与所述顶梁点焊；将所述车顶弯梁与车顶板内侧点焊；15)在所述车顶板上设安装孔，将天线座通过卡具固定在所述安装孔上；2)在所述毛坯车厢内设支撑工具和拉拽工具，通过所述组装样板控制所述毛坯车 厢高度方向变形量，通过所述组装胎具控制所述毛坯车厢宽度方向变形量21)所述的支撑工具包括至少两个车顶支撑工具，通过所述车顶支撑工具对所述 车顶板内侧施加向上的支撑力，通过所述拉拽工具对所述两侧板结构内侧施加拉力，使毛 坯车厢在所述车顶支撑工具和拉拽工具的作用下在高度方向和宽度方向上均产生变形；其中，所述车顶支撑工具为两个或两个以上分别设在所述车顶弯梁和顶梁内侧， 并沿所述车顶弯梁及顶梁最高点的法线方向设置；通过所述车顶支撑工具对所述车顶弯梁 和顶梁内侧施加支撑力使毛坯车厢在高度方向产生变形，通过所述拉拽工具对所述框架梁 内侧施加拉拽力使所述毛坯车厢在宽度方向产生变形；所述车顶板在高度方向的变形量在 3-4毫米之间；所述面板在宽度方向的变形量在2-4毫米之间；22)所述支撑工具还包括两个补板支撑工具；通过所述补板支撑工具对所述补板 内侧施加支撑力，所述补板在补板支撑工具的作用下向外产生变形，变形后的所述补板呈 凸弧状；23)所述支撑工具还包括天线座支撑工具，通过所述天线座支撑工具对所述安装 孔周边的车顶板内侧施加支撑力，使所述天线座在天线座支撑工具的作用下向上产生变 形；231)在所述的车顶弯梁中的一根上方的车顶板上切割形成所述安装孔，在该车顶 弯梁两侧分别设厚度大于该车顶弯梁的纵垫块，在所述两纵垫块下设与其交叉的横垫块， 所述天线座支撑工具顶端设在所述横垫块下端；232)控制所述天线座向上产生的变形量为2. 0毫米；3)制备粗成品车厢；31)焊接所述单元板之间的焊缝及单元板与两侧板结构面板之间的焊缝；32)对天线座与安装孔周边的焊缝进行焊接；4)制备半成品车厢；待焊缝温度冷却至环境温度后，撤除所述支撑工具和拉拽工具。5)制备成品车厢；对所述半成品车厢进行加热调修使其外部形状与预定设置的 形状一致；加热调修车顶板和两侧板结构；加热调修两补板；对天线座及其焊缝周边的车 顶板进行加热调修。本发明提供的控制轨道车辆司机室焊接曲面变形的方法，采取焊前在车厢内部设 支撑工具对车顶板内侧施加支撑力，通过组装样板使车顶板较焊接前高度高于公差尺寸 3-4毫米，当焊接完成冷却后撤去支撑工具，车厢高度会回弹至公差范围以内；而两侧板结 构由于承受着车顶板的重力，以及焊接时产生的热量，导致车体宽度变宽，采取焊前内部设 拉拽工具对两侧板结构内侧施加拉力，使两侧板结构与组装胎具部分接触点留有2-4毫米间隙，这样在焊接完成冷却后去除拉拽工具后，两面板大部分检测点回弹至公差范围内；在 采用上述方法后，铝合金车厢调修的工作量大大减少，并保障了车体的外轮廓尺寸，降低成 品车厢的制造周期。
图1为本本发明中侧板结构的结构示意图。
图2为本发明毛坯车厢制备过程中的内部框架结构示意图。
图3为本发明毛坯车厢内设车顶支撑及侧板结构拉拽的结构示意图。
图4为本发明毛坯车厢内设侧板支撑及补板支撑的结构示意图。
图5为本发明毛坯车厢内设天线座支撑的结构示意图。
附图标记
车顶板1 ；左侧板结构2 ；右侧板结构3 ；
前墙4;补板5 ；天线座6 ；
车顶弯梁7；前窗框8;环形框梁9 ；
单元板10 ；车顶支撑工具20；经度弯梁21 ；
纬度弯梁22 ；面板上部分23 ；面板下部分M ；
球面玻璃板26; 拉拽工具30;补板支撑工具40;
天线座支撑工具50 ；纵垫块60 ；F 卡 70 ；
车顶支撑工具80 ；车顶支撑工具90。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附 图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明 一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有 做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。作为本发明的具体实施例，如图3、4所示，司机室由车顶板1、对称焊接在车顶板1 两侧的左侧板结构2、右侧板结构3构成，车顶板1前端连接前窗框8 ；左侧板结构2、右侧 板结构3前端之间设前墙4 ；左侧板结构2后端、右侧板结构3后端、车顶板1后端与环形 框梁9焊接。在司机室的组合焊接工艺中，第一步要完成毛坯车厢的制备；如图1-5所示。首先组合焊接左侧板结构2和右侧板结构3，如图1、图2所示，左侧板结构2和右 侧板结构3形状和结构均相同，分别由框架梁和设置在框架梁外侧的面板构成，框架梁由 两根以上的经度弯梁21和两根以上的纬度弯梁22交叉焊接而成，经度弯梁21与面板长度 一致，纬度弯梁22与面板高度一致；面板上部分23和面板下部分M为金属板，中部分为玻 璃板，玻璃板至少前半部分为球面玻璃板26 ；面板上部分^前端为补板5 ；其次，如图2所示，将两侧板结构底部固定设置在组装胎具上，通过两个倾斜设置 的侧板支撑工具对两框架梁前部内侧施加向外的支撑力，通过两个以上的水平设置的侧板 支撑工具分别对两框架梁中后部内侧分别施加向外的支撑力，使两面板在该侧板支撑工具 的作用下与组装胎具定位配合；倾斜设置的侧板支撑工具设置在所述球面玻璃板内侧的框架梁上，并沿纬度弯梁上曲率半径最大点的法线方向设置；面板沿纬度弯梁曲率半径最大 点的法线方向的变形量为20毫米；焊接左、右侧板结构面板的后端与环形框梁相对设置的 两侧梁；夹紧左、右侧板结构两侧并在左、右侧板结构之间依次装配七根弧状的车顶弯梁 7，将其两端分别焊接在左、右侧板结构的框架梁顶端且其顶部分别与组装样板贴合；在车 顶弯梁7前方安装前窗框连接梁，前窗框连接梁两端分别焊接在左、右侧板结构框架梁顶 端，将前墙装配在组装胎具上，焊接前墙4和左、右侧板结构的面板上部分23、两补板5及 左、右侧板结构的面板下部分M ；拆除所述侧板支撑工具；结合图3所示；再其次，如图4所示，安装车顶板1，车顶板1由五块单元板10拼组构成，单元板 10之间通过点焊连接固定，将车顶板1内侧面置于车顶弯梁7上，并点焊固定车顶板1内侧 面与车顶弯梁7，将车顶板1两侧分别与左、右侧板结构面板顶端点焊固定；再次，如图5所示，安装天线座6，所述4毫米厚的车顶板1上切割矩形安装孔，首 先将天线座装配完成后，用F卡70将天线座6与矩形安装孔的周壁的车顶板1固定；第二步，如图3、图4所示，在毛坯车厢内设支撑工具和拉拽工具；具体包括三个车 顶支撑工具20、两个车顶支撑工具80、一个车顶支撑工具90、三个拉拽工具30、两个补板支 撑工具40 ；通过三个车顶支撑工具20 (具体为顶杠)对七根车顶弯梁7内侧面施加向上的支 撑力，通过两个车顶支撑工具80对前窗框8内侧面施加向上的支撑力，通过一个车顶支撑 工具90对环形框梁9内侧面施加向上的支撑力，车顶板1随车顶弯梁7及环形框梁9在车 顶支撑工具的作用下向上产生变形，通过组装样板控制车顶高度相对校准公差增加3. 5毫 米；为了使毛坯车厢在高度方向增加的变形量与粗成品车厢在焊接过程中高度方向减小的 变形量吻合，车顶支撑工具20对车顶弯梁7施加的支撑力方向沿车顶弯梁7的弧形内侧面 最高点的法线方向，对环形框梁9施加的支撑力方向沿环形框梁9顶梁的弧形内侧面最高 点的法线方向；通过三个拉拽工具30 (具体为扳手葫芦，将扳手葫芦链条端和固定端分别连接在 左、右侧板结构的框架梁上，通过操纵扳手使连接在两框架梁之间的链条长度减小以实现 对其施加拉拽力)对左、右侧板结构的框架梁的后半部分分别施加向内的拉力，左、右侧板 结构的后半部分面板随框架梁在拉拽工具30的作用下向内产生变形，与设置在左、右侧板 结构监测点外侧的组装胎具之间产生3毫米的间隙；为了使毛坯车厢在宽度方向减小的变 形量与粗成品车厢在焊接过程中增加的变形量吻合，拉拽工具30的两端对称设置在左、右 侧板结构的框架梁上；通过两补板支撑工具40(具体为千斤顶)分别对补板5内侧施加支撑力，具体将 千斤顶斜置在前墙与补板之间，支撑在补板竖焊缝背部，并在千斤顶与补板和前墙之间分 别设铝垫块，防止对补板和前墙造成压痕，补板5在千斤顶的支撑作用下向外凸起，以弥补 在粗成品车厢焊接的过程中补板产生变形向内凹陷，补板的变形量通过组装胎具或具体测 量进行控制；通过天线座支撑工具50 (具体为顶杠)向天线座6底面施加支撑力将天线座6向 上支起通过组装样板将向上的变形量控制在2毫米，由于天线座下部有车顶弯梁7遮挡，无 法直接支撑工件，在天线座支撑工具50的上方用两块厚度大于该车顶弯梁的木质的纵垫 块60设在车顶弯梁7两侧，在两纵垫块60下设与其交叉的横垫块，天线座支撑工具50顶端设在横垫块下端；支撑天线座背部。第三步，制备粗成品车厢；焊接粗成品车厢；焊接相邻两单元板之间的焊缝及两 侧的单元板与面板上部分23之间的焊缝；第四步，冷却拆除支撑和拉拽工具；待焊缝温度冷却至环境温度后，拆除车顶支撑 工具20、车顶支撑工具80、车顶支撑工具90、拉拽工具30、补板支撑工具40 ；左、右侧板结 构面板的大部分检测点及车顶板大部分检测点回弹至公差范围内；第五步，加热调修，通过组装样板和组装胎具对关键部位的检测点进行加热调修， 使其冷却后与预顶设置的车厢外形轮廓一致。上述的方法，采取焊前在车厢内部设支撑工具对车顶板内侧施加支撑力，使车顶 板较焊接前高度高于公差尺寸3-4毫米，当焊接完成冷却后撤去支撑工具，车厢高度会回 弹至公差范围以内；而两侧板结构由于承受着车顶板的重力，以及焊接时产生的热量，导致 车体宽度变宽，采取焊前内部设拉拽工具对两侧板结构框架梁内侧施加拉力，使两面板与 组装胎具部分接触点留有2-4毫米间隙，这样在焊接完成冷却后去除拉拽工具后，两面板 大部分检测点回弹至公差范围内。前墙两侧的补板5由于板材小，四边均进行焊接，热量大，导致补板变形严重，后 期调修非常困难，在补板点焊固定后，通过补板支撑工具支撑在补板与前墙之间，使补板在 焊接前向外凸出，焊接后补板向内回弹至公差范围，上述方法防止了前墙两侧补板焊后下沉。由于左、右侧板结构的球面玻璃板沈后部面板的检测点调修困难，无法达到公差 范围以内，为防止再次出现无法调修至公差范围的情况，通过上述在粗成品车厢外部焊缝 进行焊接前，将司机室组装胎具的插板撤至检测状态，使用侧板支撑工具在内部分别对左、 右侧板结构面板检测点对应的纬度弯梁施加支撑力，撑至该检测点达到20mm再进行外部 焊接，待调修时再将此侧板支撑工具撤出。这样可以避免焊接造成的收缩过大，为后期调修 打下基础。司机室的天线座6通过在4毫米厚的车顶板1上切割矩形安装孔进行安装，由于 天线座6工件较小，且四周全部与车顶板焊接，导致天线座四周的车顶板大面积下沉，无法 进行调修。采用在内部设置支撑使天线座高出焊接前预定高度的2毫米，这样在天线座与 车顶板焊接后位置下沉正好落至预定高度的公差范围内，避免了天线座在焊后无法调修的 弊端，效果非常好。采用上述在车厢焊接前在其内部对关键部位采用外力支撑和拉拽的方法，使铝合 金车厢调修的工作量大大减少，并保障了车体的外轮廓尺寸，降低成品车厢的制造周期。最后应说明的是以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽 管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解其依然 可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替 换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精 神和范围。
权利要求
1.一种控制轨道车辆司机室焊接曲面变形的方法，包括以下步骤1)制备毛坯车厢11)制备两个弧面形侧板结构；12)组装车厢框架；13)将两块以上的单元板点焊拼组构成弧面形车顶板；14)将所述车顶板置于所述车厢框架顶部；将两侧板结构顶端分别与所述车顶板两侧 点焊连接构成横截面呈拱形的毛坯车厢，并使所述毛坯车厢的横截面积沿毛坯车厢长度方 向逐渐增大；2)在所述毛坯车厢内设支撑工具和拉拽工具，通过组装样板限定所述毛坯车厢高度方 向的变形量，通过所述组装胎具限定所述毛坯车厢宽度方向的变形量21)所述的支撑工具包括至少两个车顶支撑工具，通过所述车顶支撑工具对所述车顶 板内侧施加向上的支撑力，通过所述拉拽工具对所述两侧板结构内侧施加拉力，使毛坯车 厢在所述车顶支撑工具和拉拽工具的作用下在高度方向和宽度方向上均产生变形；3)制备粗成品车厢31)焊接所述单元板之间的焊缝及单元板与两侧板结构顶端之间的焊缝；4)制备半成品车厢待焊缝温度冷却至环境温度后，撤除所述支撑工具和拉拽工具；5)制备成品车厢对所述半成品车厢进行加热调修使其外部形状与预定设置的形状一致。
2.根据权利要求1所述的控制轨道车辆司机室焊接曲面变形的方法，其特征在于，步 骤11)中将两根以上的经度弯梁和两根以上的纬度弯梁交叉焊接构成弧面形框架梁，将面板焊 接在所述框架梁外侧制成所述弧面形侧板结构；所述经度弯梁与所述面板长度一致，所述 纬度弯梁与所述面板高度一致，所述侧板结构沿所述毛坯车厢长度方向高度逐渐增加；步骤1 还包括以下组装车厢框架的步骤121)将两侧板结构设置在所述组装胎具上，通过两个倾斜设置的侧板支撑工具对所述 两框架梁前部内侧施加向外的支撑力，通过两个以上的水平设置的侧板支撑工具分别对所 述两框架梁中后部内侧分别施加向外的支撑力，使所述两面板在该侧板支撑工具的作用下 与所述组装胎具定位配合；122)将与所述车顶板形状适配的顶梁和与两侧板结构形状适配的两侧梁组设成环形 梁框，并将所述两测梁分别与两侧板结构后侧焊接；123)将与所述车顶板形状相适配的车顶弯梁两端依次焊接在两侧板结构顶端；所述 车顶弯梁为两根以上并沿所述毛坯车厢的长度方向平行设置且其顶部分别与所述组装样 板贴合；124)将前墙装配在组装胎具上，与两面板的前侧之间以焊接设置前墙；125)拆除所述侧板支撑工具；所述步骤14)中将所述车顶板后端与所述顶梁点焊，所述车顶弯梁与车顶板内侧点 焊，从而将车顶板固设于车厢框架顶部；步骤21)中将所述至少两个车顶支撑工具分别设在所述车顶弯梁和顶梁内侧，并沿 所述车顶弯梁及顶梁最高点的法线方向设置；步骤31)中焊接所述单元板之间的焊缝及单元板与两面板顶端之间的焊缝。
3.根据权利要求2所述的控制轨道车辆司机室焊接曲面变形的方法，其特征在于，步 骤21)中通过所述车顶支撑工具对所述车顶弯梁和顶梁内侧施加向上的支撑力使毛坯车厢在 高度方向产生变形，通过所述拉拽工具对所述框架梁内侧施加拉拽力使所述毛坯车厢在宽 度方向产生变形；并且，所述车顶板在高度方向的变形量在3-4毫米之间；所述面板在宽度 方向的变形量在2-4毫米之间。
4.根据权利要求3所述的控制轨道车辆司机室焊接曲面变形的方法，其特征在于，步 骤11)中所述面板的上部分和下部分为金属板，中部分为玻璃板，且所述玻璃板至少前半部分 为球面玻璃板；步骤121)中所述倾斜设置的侧板支撑工具设置在所述球面玻璃板内侧的框架梁上，并沿所述纬度 弯梁上曲率半径最大点的法线方向设置。
5.根据权利要求4所述的控制轨道车辆司机室焊接曲面变形的方法，其特征在于，所 述步骤121)中所述面板沿所述纬度弯梁曲率半径最大点的法线方向的变形量为20毫米。
6.根据权利要求5所述的控制轨道车辆司机室焊接曲面变形的方法，其特征在于，所 述步骤11)中所述面板上部分的前端部分为补板；步骤2、还包括22)所述支撑工具还包括两个补板支撑工具；通过所述补板支撑工具对所述补板内侧 施加支撑力，所述补板在补板支撑工具的作用下向外产生变形，变形后的所述补板呈凸弧 状；步骤4)还包括拆除两个补板支撑工具；步骤幻还包括加热调修两补板。
7.根据权利要求6所述的控制轨道车辆司机室焊接曲面变形的方法，其特征在于，步 骤1)还包括15)在所述车顶板上设安装孔，将天线座通过卡具固定在所述安装孔上；步骤2、还包括23)所述支撑工具还包括天线座支撑工具，通过所述天线座支撑工具对所述安装孔周 边的车顶板内侧施加向上的支撑力，使所述天线座在天线座支撑工具的作用下向上产生变 形；步骤幻还包括32)对天线座与安装孔周边的焊缝进行焊接；步骤4)还包括拆除天线座支撑工具；步骤幻还包括天线座及其焊缝周边的车顶板进行加热调修。
8.根据权利要求7所述的控制轨道车辆司机室焊接曲面变形的方法，其特征在于，步 骤2 还包括以下步骤231)在所述的车顶弯梁中的一根上方的车顶板上切割形成所述安装孔，在该车顶弯梁两侧分别设厚度大于该车顶弯梁的纵垫块，在所述两纵垫块下设与其交叉的横垫块，所述 天线座支撑工具顶端设在所述横垫块下端。
9.根据权利要求7或8所述的控制轨道车辆司机室焊接曲面变形的方法，步骤23)还 包括232)控制所述天线座向上产生的变形量为2. 0毫米。
全文摘要
本发明公开了一种焊接领域控制轨道车辆司机室焊接曲面变形的方法，为解决现有技术中轨道车辆司机室焊接曲面变形难以控制等问题而发明。包括点焊连接车顶板及其两侧的车侧板结构构成拱形毛坯车厢；在毛坯车厢内设支撑和拉拽工具；车顶板在支撑工具作用下向上变形；两侧板结构在拉拽工具作用下向内变形；焊接车顶板及车顶板与两侧板结构完成半成品车厢；待焊缝温度冷却后，拆除支撑和拉拽工具；对半成品车厢加热调修制成成品车厢。采取焊前内部支撑拉拽的方法，焊接前使车厢高度高于公差尺寸、两侧板结构间距少于宽度公差尺寸，焊接完成冷却后撤去支撑及拉拽外力，车顶板和两侧板结构大部分检测点回弹至公差范围内，减少调修工作量，保障外轮廓。
文档编号B23K31/02GK102069310SQ201010611689
公开日2011年5月25日 申请日期2010年12月29日 优先权日2010年12月29日
发明者冉红, 安刚, 崔超, 旋艳杰, 薛春生 申请人:唐山轨道客车有限责任公司