100%低地板現代有軌電車項目車頂空調框焊接方法分析

李維　梁玉姣

摘要：100%低地板現代有軌電車顯著的特點是造價低、節能環保，其軌道可直接在現有的馬路上鋪設，車輛在地面停靠，造價成本僅為地鐵的1/4～1/3，并且建設工期短、污染少。本文將重點分析100%低地板現代有軌電車車頂空調安裝框的焊接方法，控制焊接變形，滿足外置空調設備的安裝要求。

關鍵詞：100%低地板現代有軌電車；車頂空調框；焊接變形；反變形

1 前言

唐車公司自主創新設計的100%低地板現代有軌電車車體主要由底架、側墻、端墻、車頂等大部件構成，其中車頂由邊頂和圓頂搭接手工焊接z5角焊縫，在車頂二位端設計有3個空調安裝框，在車體組裝工序安裝外置空調機組設備。試制首列100%低地板現代有軌電車時，第一輛車頂空調框采用外圈滿焊內圈段焊的方式，由于焊接熱輸入量和設計結構的影響，造成空調框上表面焊后整體下塌（最大處11mm）。

分析造成上述問題的原因，最主要的兩個因素是焊接熱輸入量和設計結構，空調框外圈z3滿焊、內圈z3段焊，整圈滿焊熱輸入量較大；設計結構方面，空調安裝框坐落在圓頂上方，圓頂型材板厚2.5mm，并且在圓頂組焊完成后先機加工切除空調框坐落型腔，正好將型材內部的加強筋板切除，圓頂焊縫也被切除（切除后，此位置無法通過火焰調修的方式調整空調框平面度）。綜合上述兩種因素，生產出合格的車頂部件，滿足空調機組設備的安裝要求是車頂制造過程中的難點，本文將如何控制空調框焊后平面度問題進行分析與論述。

依據設計圖紙要求，車頂上方3個空調安裝框處于同一水平面，且平面度不允許超過5mm。只有生產出這樣精度尺寸的車頂部件才能滿足空調機組的安裝工作，在5mm之內相差的平面度現象可以通過增加墊片等措施進行校正。

2 控制焊接變形方法

所有材質的焊接部件，焊接后都會有不同程度的變形發生，特別是鋁合金材質，焊接變形相對較大，只是單純的通過機械外力等措施消除焊接變形是無法實現的，并且焊接焊縫的區域呈現收縮狀態。面對上述事實，既然無法消除變形，只能盡量控制變形，控制焊接變形可以通過施加焊前反變形、增加臨時加強結構、減少熱輸入量、改變焊接順序四方面進行實施。

2.1 預加反變形

預加反變形的意義是在焊接前將變形相反的方向施加一定的力或者位移，焊接過程中抵消一部分焊接收縮變形，進而減少焊接變形量。經過分析，車頂空調框焊后會出現下塌現象，因此，預加的反變形使車頂凸起。

2.2 增加臨時加強結構

圓頂加工中間的大型腔加工后正好將型材自帶的加強筋板加工切除掉，從側面觀察可以看到加工之后的母材就出現了凹凸變形，使用F卡卡緊空調安裝框和圓頂緊固，兩者之間間隙要求不超過0.5mm，如果按照卡緊后的狀態進行焊接，由于在型腔內沒有起支撐作用的加強筋板，2.5mm厚度的圓頂薄板型材會出現嚴重的下塌變形，導致空調安裝框上表面平面度無法滿足安裝空調的要求。因此，為了減小此處的變形，加工切除一塊200x80mm的不銹鋼板，厚度與型腔厚度相同，將此不銹鋼板放入無筋板的型腔內，由于不銹鋼板與鋁合金材質不能相互熔合，所有焊接完成后可以順利取出不銹鋼板，只起到臨時加強的作用。不銹鋼板放入型腔后，使用F卡卡緊圓頂、不銹鋼板、空調安裝框，確保角焊縫間隙不超過0.5mm，在焊接過程中不銹鋼墊板既可以托住薄板焊接焊洇的鋁水，防止焊接缺陷，又可以臨時連接型腔上、下面的薄鋁板，在焊接過程中起到加強的作用，一定程度上可以減少焊接下塌變形。

2.3 減少熱輸入量

根據輸入量計算公式：Q=UI/V（其中Q為單位長度焊縫的熱輸入量，U為電弧電壓，I為焊接電流，V為焊接速度），可以得出如下結論，減少熱輸入量的方法：減小電弧電壓、減小焊接電流、提高焊接速度，電弧電壓小幅度的減小，提高焊接速度容易造成焊角不滿足強度要求，此問題能通過減小焊接電流來減小焊接熱輸入量，首輛車的焊接電流為160～180A，此電流是通過實驗和焊縫內部檢驗確定合格的焊接電流，發現電流過大時決定減小電流，在實驗室不斷嘗試，最終將電流減小至110～130A，焊縫內部熔合較好，滿足強度要求。焊接電流的減小，有效減少了焊接熱輸入量，減少熱量約1/4，在一定程度上減少了焊接變形的大小。

2.4 改變焊接順序

焊接順序可以影響焊接熱量的集中，改變焊接順序，最大程度散發焊接的熱量，使局部溫度降至最低。本著如下原則制定合理的焊接順序：按照先焊接短焊縫，后焊接長焊縫，交錯焊接，控制焊接溫度，長焊縫由中間向兩側焊接的順序進行焊接，焊接一部分后待冷卻至室溫再繼續焊接，分段焊接的長度不超過200mm。

2.5 焊后空調框平面度檢測

待空調框所有焊縫焊接完成并且冷卻至室溫后，使用水平尺和塞尺測量空調框上表面平面度，跟蹤測量多個車的平面度，第1輛、第2輛車采用原始的工藝方法，焊后上表面平面度達到9mm，嚴重影響了空調機組的安裝工作，從第3輛車開始采用新的工藝方法，起初雖然滿足設計工藝要求，但是提升的空間很大，通過逐漸的完善，后續的幾輛車可以實現1mm，大大提高了產品質量。

3 結論

按照新的工藝方法裝配焊接空調框，焊后使用水平尺、塞尺測量，平面度可實現在2mm范圍內，滿足空調機組的安裝工作，高標準地保證了產品質量，為確保100%低地板現代有軌電車的完美交出、完美運行提供了前期保障。