跨坐式單軌車車頂制造工藝研究

南京雷爾偉新技術股份有限公司 江蘇 南京 210061

前言

隨著軌道交通的飛速地發展，城市軌道交通申報建設地鐵條件苛刻（地方財政：100億元以上，生產總值達到1000億元以上，城區人口在300萬人以上），且造價較高，而二線、三線城市申報輕軌建設，相對容易便捷，從而給跨坐式單軌車帶來了巨大的市場潛力，造價相對地鐵較低，易申報。

跨坐式單軌車最高運營速度80km/h，儲存環境溫度：-40℃～70℃；環境溫度：-35℃～45℃；工作環境濕度≤90%。

1 車頂設計結構方案

1.1 車頂設計圖紙

跨坐式單軌車項目由龐巴迪公司（BOMBARDIER）原型設計，車頂原材料采用鋁合金型材焊接（MIG）。

圖1 車頂成品圖

1.2 車頂成品技術要求

（2）焊縫要求：根據EN15085標準，認證等級為CL1，焊縫質量等級為CPC2；車頂共由5種斷面組成，共9塊型材拼裝而成，8條焊縫；焊縫長度達10m以上，焊縫接頭形式分別為插接對接焊縫和插接角接焊縫組成；因控制車體的輕量化，車頂型材設計結構較薄，焊接變形較難控制；故對車頂焊接變形展開研究，已達到控制產品焊接變形[1]。

1.3 車頂生產工藝方案

邊梁焊接：

將車頂（①與②）、（⑧與⑨）兩種型材組裝在焊接工裝上，調節好焊接間隙并做好焊接前的反變形控制。

車頂板焊接：

將車頂（④、⑤、⑥）三種型材組裝在焊接工裝上，調節好焊接間隙并做好焊接前的反變形控制。

車頂總成：

將車頂【（①與②）、（④、⑤、⑥）、（⑧與⑨）與③、⑦，】三種型材組裝在焊接工裝上，調節好焊接間隙并做好焊接前的反變形控制。

邊梁焊接，車頂板焊接，車頂總成通用生產工序如下：

后兩個測點C、D相對于車輛懸浮架的坐標分別為 (x3,z3) 、 (x4,z4)。通過C、D兩點做直線，同理可得直線方程：

（1）將車頂邊梁段焊處理，段焊長度30～60mm，間距300mm，其次反面段焊處理。

（2）正面、反面采用自動焊焊接。

（3）反面采用自動焊焊接，焊接順序如上述順序焊接。

（4）焊縫打磨、調修、檢測。

模塊化生產，最終總組，部件生產焊后變形控制，部件尺寸可控，通過多次驗證，可做到部件焊后局部調修，整體焊接后無須調修處理；探索了6005A-T6材料的性能并摸索出一套可實施的量產工藝方案。

2 材料的選型及性能參數

設計開發選擇原材料，母材選用：6005A-T6，近年來軌道交通普遍認可的中等強度的Al-Mg-Si系鋁合金，具有較好的熱擠壓型和耐腐蝕性；在城市軌道交通，追求輕量化、綠色化的選材原則，該材料推動了城市軌道交通的進步[2]；見：表1、表2。

奠定設計開發完成的基礎上，進行工藝開發，工藝開發選用焊絲ER 5356、惰性保護氣體選用高純氬：99.999%，具體見表3、表4。

表1 母材 6005A-T6鋁合金化學成分（%） 參照標準：EN 573-3

表2 母材6005A-T6鋁合金機械性能（%） 參照標準：EN 755-2

表3 主材 ER 5356焊絲化學成分（%） 參照標準：ISO18273

表4 保護氣體 氬（%） 參照標準：GB/T4842

3 參數的選擇[3]

焊接環境：溫度≥10℃，濕度≤70%；鋁合金焊絲儲存溫度≥18℃，濕度≤60%。

焊接參數：

4 反變形控制

（1）車頂邊梁（①與②）、（⑧與⑨）組裝，先正面焊接，再反面焊接，車頂采用啟動壓頭加緊四個邊梁角，車頂反面焊接變形內凹，但通過正面焊接不考慮給車頂施加外界力的情況下，正面變形遠大于背面焊接變形，為了能夠控制住焊接變形，并減少焊后的調修量，通過多次試驗摸索；確定焊前反變形控制參數，將工裝中部可調節板調高35±2mm，在車頂兩端300mm處施加100kg的外力控制邊梁的變形，焊接完成后，待完全冷卻后再拆卸車頂邊梁，完全拆除后車頂邊梁撓度約下凹5-10mm；待車頂總成焊接后，采用撓度做總成后的反變形；詳見車頂邊梁反變形示意圖

車頂邊梁反變形示意圖

車頂板反變形示意圖

（2）車頂板（①與②）、（⑧與⑨）組裝，先正面焊接，再反面焊接，車頂板四周采用氣動缸壓緊，施加80Kg的外力，車頂板中間部位支撐板調高12-15mm使車頂達到內凹的狀態，先焊接內側焊縫，再焊接外側焊縫，待完全冷卻后再拆卸車頂板，完全拆除后車頂板實際輪廓比理論輪廓小2mm；采用木槌敲擊焊縫部位，釋放焊接的殘余應力；詳見車頂板反變形示意圖。

（3）將車頂【（①與②）、（④、⑤、⑥）、（⑧與⑨）與③、⑦】型材組裝在焊接工裝上，首先正反面進行段焊處理，段焊長度30-60mm，間距300mm；段焊后采用銑刀將焊縫及起弧收弧位置缺陷清理干凈，為控制焊接變形，正裝狀態將車頂圓弧板上調35mm，兩側采用螺旋絲桿壓緊，壓緊力約120kg/根，先焊外側焊縫待完全冷卻后再焊接內側焊縫，焊接后撓度下榻約3-10mm(下榻已調修，上翹難以調修且變形無法控制)[4]。

車頂壓緊狀態示意圖

5 車頂火焰預熱和調修工藝及過程控制

車頂母材選用：6005A-T6中等強度的Al-Mg-Si系鋁合金材料，材料厚度3mm，按照TB/T3259動車組用鋁及鋁合金焊接技術條件中7.6條款要求板厚大于等于8mm時宜進行預熱，所以鋁合金車頂在溫濕度正常條件下不進行預熱；

焊接后車頂輪廓度、撓度需要調修處理；調修考慮機械方法或加熱方法對其進行矯正；最終考慮到車頂規格尺寸較大，外界施加壓力難度較大且車頂型材壁厚較薄；外界施加壓力，車頂型材表面易產生壓痕和凹陷；且在外界不施加外力的情況下，可通過火焰加熱的方法使車頂矯正至符合設計要求[5]。

火焰加熱的溫度、時間見下表：

6 結束語

車頂模塊化生產，焊接變形控制通過多個產品生產試制過程中摸索出的經驗，聽過反變形控制，選擇最合適的工藝參數；

焊接參數通過驗證制作WPQR、PWPS、WPS進行驗證，最終摸索出可靠的，能夠形成批量生產的一套生產焊接參數；

調修通過火焰加熱水冷的方式，通過熱脹冷縮的原理，矯正車頂的弧度和撓度及弦高；以達到最終交付的狀態；

成功地開發，跨坐式單軌車項目已成功交付于各大國內外項目，如蕪湖單軌、泰國黃粉線、埃及開羅等等，車頂成功的開發提升了團隊的經驗，并將經驗傳遞至APM車、地鐵項目車頂等等。