關于鋁合金車頂模塊的研制

劉菲菲，宋恒昌，郭雪艷

（叢林集團有限公司，山東 龍口 265705）

鋁合金車體承載結構采用與大型中空鋁合金型材組焊而成，車體為整體承載結構，由底架、側墻、車頂、端墻、司機室組成；

鋁合金車頂為鋁合金車體的重要組成部分，具有重量輕，耐腐蝕的特點。隨著鋁合金型材的廣泛應用，鋁合金車體結構具有輕量化、便于檢修、工藝性佳的優點。

1 組成結構

車頂組成由受電弓安裝組成、空調安裝組成、車頂板、廢排安裝座組成，車頂板采用大型通長雙面擠壓鋁合金型材插接結構，材質均為EN AW-6005A-T6，采用縱向拼接整體焊縫；通長擠壓型材上適當位置設的T型槽，用于頂板等內裝部件的安裝。車頂外表面設置空調安裝座用于空調的安裝。本車采用空調安裝座結構，無空調平臺結構。在Mp車一位端設置受電弓安裝座，用于受電弓安裝。

此鋁合金車頂結構優點：通用性強，強度大，剛度高，抵抗變形能力強，可以實現規模化生產，提高生產效率。

2 工藝

鋁合金車頂焊后對輪廓度有嚴格的要求，而產品經過焊接后一定會產生不同程度的變形，因此，需要制作工作試件，測量焊縫收縮量和焊接變形量，根據記錄的數據，綜合焊接質量，確定焊接組裝尺寸；為了控制焊接變形，保證工件焊后尺寸，為此制作鋁合金車頂自動焊接工裝，同時，需要在作業規范中明確反變形量。為避免熱輸入過大和集中，制定合理的焊接參數和焊接順序。

為保證鋁合金車頂受電弓、空調等部件的安裝，對受電弓安裝座、空調安裝座、密封槽口分別采用了不同的工藝措施，以抵消焊接變形的影響。

2.1 生產工藝流程

（1）車頂板組裝工藝流程：

（2）車頂板焊接工藝流程：

（3）鋁合金車頂調修

（4）車頂整體加工

（5）車頂零件組焊：

工序流程圖

2.2 鋁合金車頂自動焊接工裝

鋁合金車頂自動焊接工裝采用正反位焊接的設計結構，為可調式焊接工裝(見圖1、圖2)，能夠根據產品寬度和高度的不同，進行快速調節，將反變形量調整結構設置成螺栓調解方式，可以實現反變形量的靈活精確調整，方便更換，以適應不同弧形的產品[1]。

鋁合金焊接工裝結構包括焊接橫梁、符形板支座、支撐車頂型材的符形板、橫梁兩側的壓緊裝置，其中反位自動焊焊接工裝包括反變形絲頂。符形板支座，是連接橫梁與符形板的裝置；支撐符形板時將工藝放量計算在內，為了更好的貼合組對時車頂輪廓度；為了避免鋁合金車頂的劃傷，需增加尼龍塊，厚度不小于30mm,以避免對工件的劃傷。通過這些方案可以實現：

（1）保證鋁合金車頂組焊寬度方向的放量尺寸；

（2）保證車頂的輪廓度，減少焊接變形；

（3）工裝結構簡單，鋁合金車頂組裝便捷，成本低，效率高。

圖1 鋁合金車頂焊接工裝-正位

圖2 鋁合金車頂焊接工裝-反位

2.3 制造過程

（1）利用車頂專用吊具將車頂型材依次吊入車頂正位組焊工裝上。使用5m鋼卷尺檢查車頂寬度，使車頂寬度滿足（+8，+10）mm,車頂外輪廓與R形樣板間隙不大于2mm。壓緊側面壓緊裝置，使車頂板與工裝符形板調整車頂正組工裝,檢查車頂寬度和輪廓度,使車頂寬度和車頂輪廓尺寸滿足公差要求。壓緊側面壓緊裝置,使車頂板與工裝模板貼合。保證車頂板插口上下錯邊量不大于0.5mm，若錯邊量超差，在車頂板與工裝之間增加不銹鋼薄墊片進行調整至符合要求。定位焊道20mm范圍進行焊前清理,清除鋁合金表面氧化膜,鋁合金表面打磨露出金屬光澤。采取最優的自動焊接程序，先焊接焊道2、3，再焊接1、4（見圖3），根據焊接規范要求焊接車頂外側焊縫。焊接完成后清理黑灰，冷卻至室溫后，松開各處壓緊。

圖3 正位焊縫示意圖

（2）翻轉、吊運鋁合金車頂至車頂反面自動焊接工裝上，用卡蘭將車頂向工裝拉靠，保證車頂下部與工裝限位靠齊。調節6、7焊縫位置反位焊接工裝反變形裝置絲頂高度，調節至15mm。采取最優的自動焊接程序，先焊接焊道6、7，在焊接5、8（見圖4），根據焊接規范要求焊接車頂反位焊縫。焊接完成后清理黑灰，冷卻至室溫后，松開各處壓緊。通過絲頂預設焊接反變形，以及焊接順序的控制，減少鋁合金車頂輪廓度的焊接變形量。

圖4 反位焊縫示意圖

（3）吊運鋁合金車頂至調修胎位，使用焊炬對車頂輪廓間隙＞4mm的區域進行火焰調修。火焰調修采用火焰局部加熱同時使用水槍進行水冷的方式進行。火焰調修加熱采用點或線加熱法，對凸起的焊縫位置進行火焰加熱調修。調修火焰方向應垂直焊縫，槍嘴端部與焊縫之間保持（20-25）mm的距離。火焰與水流間距控制在(30～50)mm之間。加熱溫度不大于250℃,火焰加熱時行進速度均勻,同一部位加熱不超過2分鐘。使用車頂輪廓度樣板檢測間隙不大于4mm，密封槽口位置處預留5至7mm樣板間隙，為密封槽焊接預留反變形。

（4）從車頂橫向和縱向中心線分別測量出空調安裝座和受電弓尺寸。通過設計空調靠模（見圖5）、受電弓靠模控制空調安裝座組成、受電弓安裝座組成的平面度≤2mm、對角線≤2mm。利用空調靠模保證密封槽與空調安裝座的高度公差（-3，+1）mm。

圖5 空調靠模

3 焊縫質量控制

3.1 制作工作試件

模擬實物焊制接頭試樣，通過焊制工作試件（見圖6、圖7），驗證了焊接工藝參數、焊工操作技能及接頭設計的合理性，更好的保證了焊接質量，使焊縫達到規定的質量等級要求。

圖6 T型接頭宏觀形貌

圖7 對接接頭宏觀形貌

3.2 焊縫設計及過程控制

對每條焊縫的工藝評定、工藝規程的識別和匹配，并對工作試件及人員資質需求進行分析。根據驗證結果，編制焊接工藝規程、焊縫明細，需要的焊接人員資質等文件，并下發車間，焊接過程必須嚴格按照工藝要求控制到位，保證焊接質量的穩定性與可靠性。

該產品質量要求較高，在焊前、焊中、焊后檢驗貫穿于焊接全過程，及時發現缺陷，對超標缺陷進行返修，確保焊接結構制造質量，保證車輛安全運行[2]。

4 效益

（1）研制最優的鋁合金車體型材的焊接順序。

（2）設計出理想的快速更換線路焊接工裝，提高了工作效率，減輕了勞動強度。

（3）運用反變形技術，有效解決鋁合金焊接易變形的難點，大大降低調修成本。