标准动车组地板平面度制造工艺研究

标准动车组地板平面度制造工艺研究

崔争气 谢瑞道 韩震

中车青岛四方机车车辆股份有限公司   山东省   青岛市   266111

摘要：地板布作为铁路机车车辆常用的地板铺设物，是机车车辆内部装饰材料的重要部分，我国在高速动车组列车､城际列车上均采用阻燃橡塑地板布｡由于地板布在动车组列车上的应用范围广，铺装面积大，其阻燃性能直接关系到列车整体的消防安全｡随着列车服役时间的增长，地板布材料受到温度､光照等因素的影响，会出现开裂､变色､强度下降等老化现象，而在老化过程中，材料的防火阻燃性能是否也随之发生衰减通常难以直观判断，相关研究也鲜见报道｡

关键词：标准动车组；地板平面度；老化；措施

1.问题描述

在某动车组车体焊接过程中发现，头车司机室侧门区域地板上表面变形量较大，局部出现达10mm的凹陷现象｡即使加强焊接工序管控，问题仍然没有得到较好解决｡为了避免对后续内装地板的安装造成影响，需要对凹陷区域进行局部调修，严重影响了生产线的作业效率｡

2.原因分析

2.1焊接方式的影响

车体的地板结构为多块中空铝型材焊接而成，材质为6005A-T6，型材之间的连接采用熔化极惰性气体保护焊（MIG）的焊接方式｡由于焊接是一个局部不均匀加热和冷却的过程，加之铝合金具有熔点低､热导率及热膨胀系数大等特点，导致焊接残余应力和变形问题更加突出，影响铝合金地板之间尺寸和结构的稳定性，而且焊缝区域拉伸强度只能达到母材的60%～70%，这也是导致平面度较差的主要因素之一｡

2.2其他系统接口的影响

为提高薄壁空腔结构的垂向刚度，并为内装地板的安装提供固定点，地板型材上表面预设有短臂C形槽｡而由于其他系统安装接口的需要，地板上部的短臂C形槽需要大面积的铣掉，这在一定程度上降低了地板上部的垂向刚度｡

2.3后续工序的影响

在底架组焊完成后，进入车体总成工序时，需要在地板上部架设支撑杆来保证车体断面对角差满足要求｡支撑杆下部的支撑座为钢制，强度较高，受力较大，导致支撑座附近区域的地板上表面极易发生变形｡

3.优化措施

3.1改变焊接方法

为了改善焊接接头综合性能，提高焊后平面度，采用目前较为先进的搅拌摩擦焊（FSW）技术｡由于搅拌摩擦焊在焊接过程中不需要填充材料且焊接温度低于母材的熔点，因此一定程度上避免了气孔､裂纹､偏析及变形等熔化焊常见的问题，可以最大限度地保证强度､性能和母材相接近，而且残余应力比较低，焊接工件不易变形和收缩｡

3.2减小地板上部机加工尺寸

为减少铣掉的短臂C形槽对地板上部刚度的影响，在满足其他系统安装空间的前提下，尽量减少短臂C形槽的铣掉长度，铣掉长度由原来的880mm减小到835mm，并对根部采用R3mm圆角进行圆滑过渡处理，以提高地板上部的垂向刚度｡

3.3增设补强板

针对地板型腔上部壁厚较薄的情况，在与其他系统不发生干涉的区域，结合边梁､地板的轮廓线，增加2块厚3mm的补强板，并采用段焊形式与地板及头部小边梁进行焊接，以此可有效控制焊接变形量，提高地板刚度｡另外，增加补强板区域的内装地板安装支座可将高度相应减少3mm｡

3.4优化型腔内部

机加工形式型材机加工路线设计中，调整往复式走刀路线，将断面加工形式由U形改为阶梯形，有效保证了斜筋的垂向支撑功能，并减少切削量，延长刀具使用寿命｡

3.5调整工装材质及支撑位置

将下部支撑座由纯钢制改为内部衬有尼龙材质的软连接结构，避免局部受力过大，损伤地板型材表面，并将支撑位置向上位端移动，避开地板上部刚度薄弱区域｡

4.动车组地板布鼓泡典型故障分析及预防措施

4.1故障原因分析

4.1.1 地板布进水鼓泡分析

通过调研，发现地板布进水鼓泡绝大部分发生在靠近地板布边缘以及接缝的地方｡揭开鼓泡的地板布，发现地板布下地板表面普遍腐蚀，甚至发现积水｡由此可见，水从地板布边缘､接缝处侵入地板布下，使得地板表面铝板发生腐蚀，降低了地板布与地板之间的粘接强度，从而造成地板布鼓泡｡

4.1.2地板上面板开胶

地板上面板开胶均发生在复合隔音地板，在外力作用下（载客运营受冲击力､检修时揭地板布），地板上面板与中间芯材之间粘结失效，导致地板上面板与地板布一同鼓起，表现出地板布“鼓泡”｡另外，地板上面板开胶后，扎钉修复的紧固件选择不当，也会影响地板上面板与中间芯材之间的结合强度｡

4.1.3地板接缝处鼓棱分析

地板接缝两侧高度不一致会导致地板发生鼓棱现象｡两种情况下会引起地板接缝两侧高度不一致，一是接缝一侧的地板上面板开胶，导致接缝两侧高度不一致｡另一个原因是，地板搭接处铆钉失效，使搭接的地板型材贴合不紧密，使得接缝两侧高度不一致｡导致铆钉失效的原因主要有两个：①地板固定时，铆钉孔钻大影响铆钉的固定效果｡地板搭接处铆钉使用4.8X12，按照铆钉使用要求铆钉孔直径应为（4.9~5.0)mm；特别是检修拆装地板后，地板铆钉孔均超过5.0mm;②铆钉选用不合理，使用不锈钢铆钉固定地板搭接处铝型材｡由于不锈钢铆钉硬度高，拉铆时钉体不能与铝板充分挤压涨型，影响铆接质量｡

5.预防改进措施

5.1地板布进水鼓泡

（1）控制水的来源｡梳理CRH2型动车组端部可能的地板布边缘渗水点，对地板布边缘采用打胶密封处理，防止水的渗入｡沿侧门､外端门通道，在地板布与踢脚板､间壁型材､门槛､门框型材､侧门压板､端门压板等部件接口处涂打连续的斜口密封胶，形成一个密闭区域，防止水从地板布边缘渗入（2）地板布铺装质量提升｡对地板布铺装过程加强管控，提高地板布粘接质量，以及地板布接缝处焊接质量｡

5.2地板上面板开胶

（1）改善粘接效果｡针对前期发生隔音地板面板开胶的问题，我公司技术人员联合地板厂家，对动车组隔音地板胶粘剂优化选型进行现场验证，并经过第三方性能测试，确定了隔音地板粘接在周边型材､中间芯材部位采用不同的胶粘剂，其中双组分聚氨酯粘合剂适用于木质芯材与面板粘接复合，双组分环氧树脂粘合剂适用于边缘型材与面板粘接复合，能有效提高隔音地板的面板粘接性能｡另外，为防止地板面板从边缘开胶，新制隔音地板边缘均增加了拉铆钉固定，提高了地板上面板边缘的结合强度｡(2）修复地板面板开胶措施优化｡针对前期调研发现的修复地板面板开胶的紧固件规格不合适的问题，经过分析､调研､试验，优化了紧固件规格，即地板边缘型材区域采用铝质沉头抽芯铆钉4X14，中间木质芯材区域采用木螺钉4X20固定开胶的面板｡并要求固定前，对地板面板进行划眼，防止螺钉头（铆钉头）高于地板表面｡

5.3地板接缝处鼓棱

根据前面的地板接缝处鼓棱原因分析，提出相应的预防控制措施：①使用铝质拉铆钉代替不锈钢拉铆钉对地板搭接处进行固定；②使用φ4.9钻头钻铆钉孔，钻铆钉孔时保证钻头与地板垂直，避免眼孔过大；③检修拆卸后的地板，原铆钉孔不可再用，须重新钻孔固定｡

6.结语

综上所述，目前动车组车辆车体常用材料为铝合金型材，考虑到轻量化的要求，在受力条件相对平缓的区域，通常采用薄壁空腔结构，即扁宽､薄壁､大断面､大长度的复杂空心铝合金型材，这种结构可以大大减轻车体质量，节约原材料，降低运营成本，实现节能降耗的目的｡但这种薄壁空腔结构在焊接过程中表面平面度难以控制，一旦出现凹陷或鼓包，将会影响车体和内装的装配精度以及整体美观｡地板布鼓泡是动车组地板布故障的常见形式，随着车辆运营时间的延长，地板布鼓泡问题也将更加突出｡面对可能出现的新问题，我们需要不断总结经验，不断探索实践，争取更快更好的解决运营过程中出现的问题｡

参考文献：

[1]许贤杰,戴文辉.HXD1D底架中心纵梁与地板平面度控制[J].金属加工(冷加工),2016(S1):971-972.

[2]赵佳佳.低地板铆接车体组装尺寸工艺优化[J].金属加工(冷加工),2016(S1):929-931.