B型鋁合金地鐵車輛的車體制造技術(shù)分析

摘 要：目前，地鐵車輛被劃分為三種類型，即A/B/C型地鐵。如果按照地鐵車輛制造材質(zhì)來分類的話，城市軌道地鐵車廂車體又可分為不銹鋼和鋁合金兩種。文章主要介紹B型地鐵鋁合金車體的制造工藝，著重探討分析B型鋁合金地鐵車廂側(cè)墻的結(jié)構(gòu)及其焊接工藝。

關(guān)鍵詞：鋁合金；地鐵；焊接工藝

1 B型鋁合金地鐵車廂側(cè)墻結(jié)構(gòu)制造

1.1 B型鋁合金地鐵車輛車廂側(cè)墻結(jié)構(gòu)

B型鋁合金地鐵車輛車體側(cè)墻的設(shè)計與構(gòu)造，最常用的方式就是焊接的方式。如圖1和圖2所示。

在圖1和圖2中，可以看到，地鐵車輛車體側(cè)墻的設(shè)計，有左右兩個門立柱，并和側(cè)墻板一同組成了車體的側(cè)墻。此外，還可以清楚的看到，車輛車體的側(cè)墻結(jié)構(gòu)上，均設(shè)有四個側(cè)門，每一個側(cè)墻模塊上又有一個窗口。此外，為了避免門角、窗角應(yīng)力集中，在設(shè)計的時候一般都是采用圓弧過渡形式，并使用機械加工的方法來實現(xiàn)。從圖1中還可以清楚的看到，側(cè)墻是模塊化結(jié)構(gòu)，側(cè)墻與車頂在組裝的過程中，將門角連接其中。圖1中，無論是左門立柱還是右門立柱，均為型材彎曲結(jié)構(gòu)。

1.2 B型鋁合金地鐵車廂側(cè)墻制造工藝

結(jié)合著上述圖的結(jié)構(gòu)圖來看，側(cè)墻模塊與底架、車頂、端墻等各車體部件連成組裝起來。筆者以為，在該制造設(shè)計環(huán)節(jié)，最為關(guān)鍵的一點是模塊化側(cè)墻的質(zhì)量。具體來說，在側(cè)墻結(jié)構(gòu)設(shè)計制造與后期組裝的過程中，模塊化側(cè)墻的制造質(zhì)量在很大程度上直接關(guān)系到車體組成質(zhì)量。

關(guān)于B型鋁合金地鐵車廂車體所使用的模塊化側(cè)墻制造工藝，運用的工藝是比較復(fù)雜的。常見的有自動焊接、焊前焊后表面處理、焊縫檢測等。也就是說，對模塊化側(cè)墻的焊接是首要的一環(huán)，質(zhì)量的保證是根本。具體如下：第一步，側(cè)墻板裝配；第二步，側(cè)墻板反裝焊接；第三步，焊縫檢測；第四步，側(cè)墻板正裝焊接；第五步，焊縫檢測；第六步，交驗；第七步，側(cè)墻板加工和門立柱安裝；第八步，模塊化側(cè)墻組成裝配與焊接；第九步，焊縫檢測處理；第十步，模塊化側(cè)墻正裝焊接與檢測；最后是附件焊接、檢測調(diào)修、交驗。

2 B型鋁合金地鐵車輛側(cè)墻焊接工藝探究

B型鋁合金地鐵車輛，即側(cè)墻板型材采用鋁合金中空擠壓型材組成。在對側(cè)墻板進行組裝焊接操作的過程中，一般采用最多的是機械手自動焊接技術(shù)，該焊接方法焊縫成形比較好，質(zhì)量有保證。最主要的是焊接的效率比較高。關(guān)于這一點，從圖1和圖2中也可以看到。對此，筆者以為，等到車輛車體側(cè)墻板組裝焊接完成之后，可以通過機械加工的方法來做進一步的處理，即將車體側(cè)墻板分切，分切成多個不同尺寸的小的車體側(cè)墻板。為了提高其效率，建議將整個側(cè)墻板的所有模塊集中起來。

首先是對側(cè)墻板自動焊接，此次選用的側(cè)墻板為鋁合金型材。綜合考慮到了鋁合金的線膨脹系數(shù)為鋼的3倍，且凝固的時候的體積收縮率為6.5%左右。正因如此，這種情況下很容易出現(xiàn)不利的一面，例如在組裝焊接的過程中，可能會變形。假若變形幅度超出可控范圍，將會直接使該部件報廢。對此，在鋁合金地鐵車廂車體側(cè)墻的制造組裝中，質(zhì)量控制一直非常關(guān)鍵，即控制焊接變形。在該生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制上，以南京、杭州等地的B型鋁合金地鐵為例。根據(jù)空氣動力學(xué)要求，該型材的側(cè)墻板外輪廓設(shè)計主要采取的是從上往下圓弧狀結(jié)構(gòu)，如此一來，地鐵列車在運行的時候，空氣阻力會減少。所以，在焊接變形控制上，建議在焊前預(yù)留一定的焊接反變形量，以此來實現(xiàn)對側(cè)墻板焊接變形的控制。

其次是對側(cè)墻模塊的組裝焊接，以及對側(cè)墻附件的焊接。關(guān)于B型鋁合金地鐵車輛車體的構(gòu)造，通過圖1和圖2以及前文的介紹，基本大致了解。總之，B型鋁合金地鐵車廂側(cè)墻由機加工后的側(cè)墻板與鋁合金型材的左右門立柱組焊而成。在這一環(huán)節(jié)，問題是比較多的。例如，在組焊的過程中很容易出現(xiàn)錯邊或者未焊透的技術(shù)缺陷。仔細分析與技術(shù)性檢測后發(fā)現(xiàn)，這主要是由于鋁合金熱導(dǎo)率大、比熱容大的原因。此外，電弧電壓、焊接速度等工藝參數(shù)也會對其造成影響。基于此，結(jié)合著南京、杭州等地B型鋁合金地鐵車體的生產(chǎn)制造實際來看，可切實做好以下四點：點固焊接前在待焊位置處放置一個2mm的不銹鋼板；適當(dāng)增大焊接的功率，調(diào)整電弧電壓；合理控制組焊的速度，可以將其嚴(yán)格控制在95cm/min以內(nèi)；焊前對鈍邊、錯邊量嚴(yán)密檢查。最后是對側(cè)墻附件的焊接，正如上述所言，鋁合金熔點低、熱導(dǎo)率大。在這種情形下，在附件焊接的過程中，熱量就需要集中起來，增大電源功率。然而問題就出現(xiàn)了，焊接熔池溫度場的變化會越來越大，相應(yīng)的焊縫成形控制也就變得非常困難。綜合考慮各方影響因素，分析原因后建議，在焊接時采用合理的焊接工藝參數(shù)，嚴(yán)格控制角焊縫焊前間隙，控制在1mm以內(nèi)。

3 結(jié)束語

地鐵車輛采用的是大斷面、高強度、輕量化鋁合金型材整體焊接制造，關(guān)于它的優(yōu)點，相信很多人都比較熟知，發(fā)車密度高、承載力強、編組靈活。從社會、經(jīng)濟、環(huán)保等多角度來看，城市軌道公共交通必將成為今后鐵路建設(shè)的主要選型目標(biāo)。正是介于城市軌道地鐵的這種重要型，必須要對其技術(shù)結(jié)構(gòu)、制造工藝與方法高要求、高標(biāo)準(zhǔn)，這也是本文研究的切入點，分析B型地鐵車廂側(cè)墻結(jié)構(gòu)特點，針對其技術(shù)方法工藝，提出更加有效的質(zhì)量保證措施。

參考文獻

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作者簡介：王洪波（1988-），男，四川樂山人，大學(xué)本科，助理工程師，研究方向：城市軌道交通車輛制造。