（南車青島四方機(jī)車車輛有限公司，山東 青 島 2 66111）

軌道車輛車體為筒形整體承載結(jié)構(gòu)，由大型、中空、薄壁鋁合金擠壓型材雙面焊接而成，其最大優(yōu)點(diǎn)是輕量化，可以減輕運(yùn)行成本和維護(hù)成本，有助于達(dá)到高速化，但由于鋁合金熔點(diǎn)低，導(dǎo)熱系數(shù)及熱膨脹系數(shù)較大，在焊接時(shí)容易產(chǎn)生焊接變形，最終對(duì)車體整體尺寸影響較大。因此，車體總組焊工序中，對(duì)車體整體尺寸的控制顯得尤為重要，良好的車體整體尺寸不僅減少后工序的調(diào)修量，而且能夠避免因調(diào)修而增加車體的殘余應(yīng)力，有利于提高鋁合金車體的品質(zhì)。

1 車體組焊焊接變形產(chǎn)生原因

因?yàn)殇X板具有的厚度，如圖1（a）所示。如認(rèn)為鋁板在厚度方向上由許多互不相連的窄條組成，則在焊接過(guò)程中，則窄條將按溫度高低而伸長(zhǎng)，如圖1（b）所示。但實(shí)際上，板條是一個(gè)整體，各板條之間是互相牽連相互影響的，上一部分金屬受下一部分金屬的阻礙作用而不能自由伸長(zhǎng)，因此產(chǎn)生了壓縮塑性變形，由于鋁板上的溫度分布自上而下逐漸降低，因此，鋁板產(chǎn)生了向下的彎曲變形，如圖1（c）所示。在焊接結(jié)束后，鋁板冷卻過(guò)程中，各板條的收縮應(yīng)如圖1（d）所示。但實(shí)際上，鋁板條是一個(gè)整體，上一部分金屬受下一部分金屬的阻礙作用而不能自由收縮，所以鋁板產(chǎn)生了與加熱時(shí)相反的彎曲變形如圖1（e）所示，因此筒形車體在焊接完成后車體高度尺寸減少，車寬尺寸增大。

2 車體焊接變形控制

2.1 側(cè)墻輪廓度焊接變形控制

鋁合金車體在焊接完成后，由于焊縫發(fā)生角變形，導(dǎo)致車體焊接完成后側(cè)墻輪廓度發(fā)生變化，一般表現(xiàn)在側(cè)墻窗間板處向外鼓，利用樣板檢測(cè)，側(cè)墻輪廓度焊后超差（8～10）mm之間，不能夠滿足側(cè)墻輪廓度燮6 mm的要求。通過(guò)對(duì)車體側(cè)墻輪廓度進(jìn)行焊前、焊后記錄對(duì)比，總結(jié)出車體焊接變形規(guī)律，在車體組裝時(shí)，對(duì)側(cè)墻輪廓度進(jìn)行反變形控制，利用螺旋拉緊器將兩側(cè)墻拉緊，然后根據(jù)車體寬度測(cè)量結(jié)果，將焊前車體寬度尺寸預(yù)制反變形（如圖1）。

圖1 鋁板焊接變形示意圖

通過(guò)上述措施，側(cè)墻輪廓度得到了控制，由以前普遍的（8~10）mm 的偏差，控制到現(xiàn)在的（4~6）mm；同時(shí)車體寬度3 206 mm尺寸得到了保證，避免了車體尺寸調(diào)修。

2.2 車體側(cè)墻直線度焊接變形控制

在鋁合金車體焊接過(guò)程中，由于焊縫的中心線與結(jié)構(gòu)截面的中性軸（通過(guò)重心的軸）不重合或不對(duì)稱，導(dǎo)致了車體焊接完成后側(cè)墻發(fā)生彎曲變形。這種變形在車體焊接中主要表現(xiàn)在車體焊接后側(cè)墻直線度發(fā)生變化，不能滿足通長(zhǎng)直線度燮6 mm的要求；一般在（10~12）mm之間；為控制側(cè)墻直線度，我們通過(guò)實(shí)踐從焊接順序、反變形控制等方面制定了相應(yīng)的工藝措施，主要措施如下：

（1）在車體焊接順序方面，為盡量減小焊接不對(duì)稱引起的變形，我們?cè)诤附訒r(shí)，焊接方向一致從1位端向2位端焊接；在焊接時(shí)要對(duì)稱焊接，一二位側(cè)同時(shí)焊接；在焊接順序方面，我們規(guī)定了先焊底架與側(cè)墻內(nèi)部斷焊縫及車頂外部自動(dòng)焊縫，再焊接底架與側(cè)墻外部自動(dòng)焊縫及車頂內(nèi)部仰焊縫；需要多層焊接時(shí)，層間溫度要冷卻到（50~70）℃后再進(jìn)行焊接，避免熱量集中，造成焊接變形量加大。

（2）在反變形控制方面主要是在焊接前通過(guò)直線度測(cè)量工裝測(cè)量出車體側(cè)墻直線度（如圖4），將數(shù)據(jù)記錄到側(cè)墻測(cè)量部位，根據(jù)記錄，通過(guò)手拉葫蘆、自制頂桿等工具對(duì)側(cè)墻直線度預(yù)制反變形，將車體焊前側(cè)墻直線度調(diào)整到燮4 mm。

通過(guò)上述措施，車體側(cè)墻直線度焊后變形量得到改善；直線度焊后一般控制在（4~6）mm之間；大大減小了車體調(diào)修的工作量。

2.3 車體扭曲變形控制

扭曲變形是典型的空間變形。其是角變形在沿焊縫長(zhǎng)度上變形程度出現(xiàn)不一致而引起的。具體到鋁合金車體，表現(xiàn)為車體對(duì)角線差值過(guò)大。車體對(duì)角線超出后調(diào)修特別困難，為了調(diào)整車體完成后的對(duì)角線,過(guò)去通常采取的方法是：對(duì)側(cè)墻下邊梁“下火”+“撐拉桿”的方法。調(diào)扭曲變形需要較高的技能水平，如果操作不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致側(cè)墻下邊梁型材內(nèi)側(cè)面凹凸變形嚴(yán)重。

為減小車體焊后調(diào)修量，進(jìn)行分析驗(yàn)證，制定了詳細(xì)的控制措施，具體如下：

（1）從前工序進(jìn)行品質(zhì)控制，在保證底架、側(cè)墻、端墻及頂棚質(zhì)量的同時(shí)，在車體組裝前測(cè)量端墻對(duì)角線差，根據(jù)測(cè)量結(jié)果，在端墻吊裝時(shí)，對(duì)端墻安裝進(jìn)行調(diào)整，確保端墻的安裝質(zhì)量。

（2）在吊裝車頂前，檢測(cè)兩端距墻300 mm處側(cè)墻對(duì)角線差，利用手拉葫蘆進(jìn)行調(diào)整對(duì)超差部位作反變形處理；對(duì)角線差不大于5 mm。

（3）當(dāng)車體定位焊接后，利用滑動(dòng)拉桿尺測(cè)量車體內(nèi)部寬度、高度及斷面對(duì)角線長(zhǎng)度差；利用手扳葫蘆，工藝支撐等工藝裝備通過(guò)頂、拉進(jìn)行反變形的方式依次調(diào)整車體焊前尺寸，車體斷面對(duì)角線長(zhǎng)度差調(diào)整到0，對(duì)于對(duì)角線差較大的車體采取預(yù)制反變形，確保焊后符合產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求。

通過(guò)采取以上工藝措施對(duì)車體焊接扭曲變形進(jìn)行焊前反變形控制，車體焊接完成后，車體斷面對(duì)角線差符合理論要求尺寸。

3 結(jié)束語(yǔ)

在鋁合金車體焊接時(shí)，呈現(xiàn)車體寬尺寸變大、車高尺寸變小的趨勢(shì)，根據(jù)實(shí)際情況來(lái)選擇合適工藝方法，進(jìn)行焊前尺寸控制，如果焊前車體尺寸與理論尺寸差值較大時(shí)，根據(jù)焊前組對(duì)尺寸，合理選擇預(yù)變形量，進(jìn)行預(yù)變形控制，達(dá)到焊后尺寸在一個(gè)合格的范圍之內(nèi)。減少焊后的調(diào)修量，降低車體殘余應(yīng)力，實(shí)現(xiàn)車體品質(zhì)控制。

[1]王家偉.鋁合金車體焊接工藝[J].鐵道機(jī)車車輛工人，2011，(02):22-25.

[2]袁新杰.動(dòng)車組鋁合金框架結(jié)構(gòu)的焊接[J].焊接技術(shù)，2010，39(7)：25-27.

[3]韓曉輝.高速列車鋁合金車體焊接缺陷分析及工藝研究[J].工藝與新技術(shù)，2009，（3）：31-34.