铝合金车体制造工艺及焊接难点控制

韩广喜

中国中车唐山机车车辆有限公司，河北 唐山 063000

摘要：近年来，我国的现代化建设的发展迅速，铁路运输是交通运输体系的重要组成部分，经过近10年的持续高速发展，我国的高速铁路已建立了较为完善的体系。随着轨道车辆研发技术水平的不断提高，车体趋向轻量化和高速化发展。铝合金材料以密度小、耐腐蚀、易于挤压成形和密封性好等特点，广泛应用于铝合金车体的生产。铝合金车体作为轨道车辆的主要承载结构，其制造质量直接决定了列车的使用寿命和安全性能，在轨道交通高速、轻量化的发展趋势下，铝合金车体的性能越来越受到重点关注。文中以时速350km/h动车组铝合金车体为研究对象，阐述铝合金车的制造工艺及过程中的重点、难点。

关键词：铝合金车体；制造工艺；焊接难点控制

引言

为了减少能源消耗和提高运行速度，轻量化车体一直以来都是轨道交通车辆技术研发的方向，为此选用合适的材料对车体轻量化至关重要。铝合金材料因密度小、强度适中、易成形等优点而成为新型轨道交通车辆车体用材料的首选。轨道交通车辆车体制造有焊接、铆接、螺栓联接等多种工艺，但应用最广泛的还是焊接工艺。焊接作为轨道车辆车体制造过程的特殊工序，对车体产品的质量、生产效率及制造成本影响巨大。

1 车体组装

车体组装顺序:底架→侧墙→车顶→端墙、司机室。(1)安放底架底架入胎，边梁纵向中心与工装中心对正;拉紧底架，抑制焊接过程中的变形，保证后道工序安装设备之后车体仍满足要求;底架预制挠度(0，－9)mm，由于车体加工磨耗板厚度偏小，枕外预制2～3mm反变形量。(2)安装侧墙装配侧墙以车体纵向底架边梁与侧墙上中心孔定位。侧墙、底架中心线对齐的同时要检查两端门口处的余量是否正确。如有问题一般是部件的中心线有问题。装配时当以两侧门口尺寸为准。(3)安装车顶装配车顶同样以纵向中心定位，装配车顶前需要调整车厢对角线尺寸，以保证车顶与侧墙连接位置型材插口完全吻合。利用压铁调整车顶与侧墙连接焊缝的间隙，并根据实际装配情况对车内焊缝进行点固焊接。点固焊后底架、侧墙、车顶已组成厢体，调整车体高度、宽度、对角线，先自动化焊接车外侧墙与底架、车顶连接焊缝，后手工焊接车内焊缝。(4)安装端墙装配端墙是车体组装的一个难点，组成车体的各个部件的公差最终都要累积到这里，是各大部件的公差集合点。在消除、减小累积公差的同时还要确保内高、内宽、外形轮廓度、纵向直线度、端墙垂直度、端门口、侧门口的高度和宽度等重要尺寸，尤以门口尺寸控制最为严格。样装端墙，测量端门口高度，确定端墙下沿应去除的量，检查端墙外侧与底架边梁端头连接焊缝的装配效果，必要时进行锤击调修或通过端墙预留焊缝进行调整，为保证端墙焊接完成后的垂直度，端墙向外预置3～5mm倾斜。(5)安装司机室吊运司机室到底架上观察司机室前墙及环形框是否能与底架连接处完全配合，如果环形框端已经与底架配合但前墙端与边梁端头还有间隙，测量并划出边梁上需要修磨的部分并用角磨机对其进行打磨。装配司机室时，司机室的基准立柱不予去除，避免司机室附件的高度尺寸超差，影响后道工序安装。

2 焊接材料

焊材的质量对铝合金焊接质量至关重要。近年来，随着国产化焊丝制造技术的提高，国产铝合金焊丝也表现出良好的力学性能和使用性能，并在地铁车辆上开始成功应用。国内轨道交通车辆制造企业为促进国家焊接材料制造的发展，同时降低生产成本及进口供货风险，正在大力推进国产化铝焊丝的工程化应用。目前，常用的铝焊丝为ER-5087、ER-5356，这两种焊丝适用于5系、6系、7系铝合金焊接。在进行6系铝合金焊接修补过程中，为了防止产生热裂纹，在对强度要求不高时可以选用ER-4043A进行焊接。由于采用ER-4043焊丝焊接接头强度较低，故不适用于新造产品。焊接保护气体也是保证铝合金焊接质量的重要影响因素之一。焊接气体按照ISO14175—2008标准进行选择，熔化焊一般选用高纯氩气或者氩氦混合气体。为保证焊接质量，高纯氩气的纯度一般要求达到99.999%；氩氦混合气体一般采用三元混合气体，比例为Ar70%+He30%+N2150×10-6，增加He和N2可以提高电流阳极区域的电流密度，增加焊接熔深，减少焊接气孔。混合保护气一般用于车体底架等主要受力部件的焊接。

3 铝合金轨道客车车体制造的工艺要求

铝合金轨道客车车体制造的过程中，所使用的原材料多为铝合金，而车体铝合金制造期间，最为主要的就是焊接工作，只有按照焊接工艺技术要求开展工作，才能更好的预防出现质量问题。具体的工艺要求为：

3.1 营造良好的环境

铝合金材料与其他金属原材料相较，导热的系数较高，如果采用相同的焊接工艺技术，钢材料的冷却速度很慢，铝合金材料的冷却速度很快，在冷却的过程中，氢溶解度会有所降低，导致冷却的过程中生成气体，如若此类气体不能快速排出，将会导致客车车体的正常使用受到影响。因此，在车体的制造工作中，要求注意营造良好的环境氛围，保证在焊接的工作中快速排出其中的气体，预防出现制造质量问题。

3.2 焊丝和保护气体的管理

从本质上来讲，铝合金轨道客车车体具有一定特殊性，所以，在生产加工的环节中，尽量选择较为特殊的焊丝材料或者是保护气体，按照不同的客车车体实际情况，针对性的选择不同规格焊丝材料，以此提升整体的制造工作效果。一般情况下，焊丝分为两种，主要就是1.2与1.6，此类焊丝的组成部分多为镉元素和肽元素，就是因为此类元素的存在，会导致焊缝的金属晶粒呈现出细化的态势，同时，还可以提升铝合金的使用性能，增强耐腐蚀性。且在焊接的工作中，采用保护气体可选择高纯度氩气，保证纯度在100%，这样不仅能够提升相关的制造工作效果，还能将不同工艺技术的积极作用充分发挥出来。

3.3 正确选用焊接方式

铝合金轨道的客车车体制造过程中，应正确选择使用焊接方式。如果单纯的进行铝合金金属焊接，可供使用的方式很多，但是如果是铝合金车体，就应该按照客车车体的实际情况，正确的使用以下几种焊接技术：①保护焊工艺技术，此类焊接方式在实际应用的过程中，要求将强惰性气体熔化，其英文的缩写是MLG。②采用TLG法进行焊接，属于保护焊，其中主要成分就是钨极惰性气体。③就是电阻点焊相关技术，可按照具体的情况进行焊接处理。

3.4 针对焊接速度进行严格的控制

通常情况下，焊接速度对焊接工作质量会产生直接影响，因此，在实际工作中，相关的焊接工作人员应注意，在对厚度较高的铝合金板进行焊接的过程中，应将速度控制在合理范围之内，主要因为适当的减慢速度，有助于提升焊缝的融合度，将焊缝之内的气体释放出来，这样有助于提升相关的焊接操作质量。如若进行较薄的铝合金板焊接，应加快焊接速度，以此提升融合度，并确保焊接工作质量。

4 结语

(1)铝合金车体采用模块化制造，车体组成由底架、侧墙、车顶和端墙等大部件组焊而成。(2)车体组成的尺寸与各大部件的尺寸密切相关，部件组焊阶段采取控制措施是保证车体尺寸的主要手段。(3)车体组焊阶段需合理增加支撑和预制反变形，可有效减小铝合金车体的焊接变形。(4)车体组焊过程中需进行阶段性测量，并根据测量尺寸合理调整反变形量，以保证车体组焊完成后的尺寸满足要求。

参考文献：

[1]王元良，周有龙，胡久富，等.运载工具的铝合金选材与焊接[J].中国有色金属学报，2001，11（S2）：1-5.