李文娟 李龍飛 王亞婷

摘 要：蘇州一號增購項目（簡稱蘇一增購線）車體為鋁合金B(yǎng)型梯型地鐵車輛，車頂結(jié)構(gòu)與B型鼓型項目不同，車頂首次采用圓頂模塊與邊梁自動焊焊接工藝。由于鋁合金焊接變形量較大，生產(chǎn)中出現(xiàn)車體車頂尺寸超差等問題。文章通過對車頂自動焊組焊工藝分析，提出了預(yù)制反變形、采用剛性固定及優(yōu)化工藝參數(shù)等措施，有效的解決了車頂尺寸超差問題，保證了蘇一增購線車頂?shù)暮附淤|(zhì)量。

關(guān)鍵詞：蘇一增購線車頂、自動焊組焊工藝、反變形、焊接質(zhì)量

中圖分類號：TG47 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）11-0019-02

1 概 述

隨著我國城市化進程加快，“十二五”期間我國城市軌道交通仍保持快速發(fā)展?？旖荼憷牡罔F交通工具已成為大型城市交通的主流，而這也大促進了地鐵車輛制造業(yè)的發(fā)展。城軌車輛采用大斷面、高強度、輕量化鋁合金型材整體焊接制造，具有編組靈活，承載能力強，發(fā)車密度高等特點，是綠色環(huán)保城市大運量交通利器，是鐵路建設(shè)的主要選型目標(biāo)。

目前，地鐵車輛設(shè)計種類繁多，有A型鋁合金地鐵車輛、B型鋁合金車輛等，制造工藝也各不相同。其中蘇一增購線車體為全焊接鋁合金B(yǎng)型梯型地鐵車輛，與全焊接鋁合金B(yǎng)型鼓型車結(jié)構(gòu)有所區(qū)別，加之項目生產(chǎn)周期間隔已久且車頂自動焊工裝經(jīng)過重新改造，在項目試制過程中，出現(xiàn)車頂圓頂高度、寬度、輪廓度等尺寸超差等問題。

本文通過對蘇一增購線B型車地鐵車頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)特點、焊接工藝進行分析，解決了車頂尺寸超差問題，保證了后續(xù)車輛車頂?shù)暮附淤|(zhì)量。

2 蘇一增購項目車頂組成結(jié)構(gòu)

蘇州一號線車體主要結(jié)構(gòu)采用大型鋁合金中空擠壓型材焊接組成，主要長大焊縫采用自動焊。蘇州1號線地鐵Tc車車頂結(jié)構(gòu)，主要由2根邊梁、1個圓頂模塊和吊掛壁及其他相關(guān)零件組焊而成。

其中，圓頂模塊由四塊圓頂板自動焊焊接完成，再與車頂邊梁自動焊焊接，因其圓頂模塊與車頂邊梁剛性相差較大，焊接變形量大，因此控制其焊接變形是難點。

3 車頂自動焊組焊工藝分析

3.1 車頂自動焊工藝流程

3.1.1 圓頂模塊組焊工藝

型材反裝組焊→反面段焊反面滿焊→圓頂翻轉(zhuǎn)→圓頂正裝定位夾緊及段焊→圓頂正面滿焊→圓頂尺寸檢測。

3.1.2 圓頂與邊梁組焊工藝

組裝車頂邊梁→圓頂組裝→邊梁與圓頂正面滿焊→邊梁與圓頂反面滿焊。

由于鋁合金散熱迅速，焊接收縮一般是焊接變形的主要原因。選擇合理的焊接工藝，可以有效的控制焊接變形，將變形減至最小。圓頂采用先反裝后正裝，且在工裝正裝預(yù)制反變形。圓頂反裝焊接時，先對中間焊縫焊接，后焊接兩側(cè)兩道焊縫，以獲得預(yù)制焊接拱形。正面滿焊時，焊接順序為先焊兩側(cè)兩道焊縫，再焊中間位置焊縫，以避免收縮擴大坡口間隙和抑制波浪變形等。

3.2 車頂自動焊焊接工藝

3.2.1 車頂自動焊焊接結(jié)構(gòu)

圓頂結(jié)構(gòu)由4塊11 m左右，材料為6005A鋁合金圓頂板型材對接拼焊而成，焊接方法為MIG焊，保護氣體為99.999%高純氬，焊接材料為φ1.2 mm、ER5356[AlMg5]。接頭形式是V型 70 °，鈍邊為1 mm，帶永久性墊板。

3.2.2 車頂自動焊焊接規(guī)范

根據(jù)前期工藝評定制定的焊接參數(shù)，見表1、表2。

4 車頂自動焊焊接變形分析及控制

4.1 車頂自動焊焊接變形分析

鋁合金車體圓頂焊接時需要多次焊接，其橫向變形存在多次累加效應(yīng)，因此，控制橫向變形是難點。大部件圓頂焊接時，盡管在剛性固定和工裝壓緊條件下，能夠獲得一定的預(yù)變形，但是該變形屬于彈性和塑性變形的混合體，因此，一旦松開夾具的固定工裝，此前預(yù)變形會發(fā)生反彈，因而需要預(yù)留一定的反變形量[1]。

根據(jù)蘇州一號線增購首列車圓頂試制結(jié)果來看，車頂內(nèi)高尺寸普遍超差，最大達7 mm，且車頂圓頂高度超差直接影響到車頂組裝車頂?shù)鯍毂?，車頂寬度等尺寸。在蘇州1號增購線0102車圓頂試制時，對工裝圓頂正裝反變形量焊接增加至8 mm，并按照文件進行焊接，焊接后車頂內(nèi)高偏小約6 mm。

4.2 焊接變形控制措施

4.2.1 預(yù)加合適的反變形

通?？刂坪附幼冃蔚姆椒ㄓ泻盖邦A(yù)變形及焊后矯正。前一種方法更主動和有效。鋁合金車體的縱向焊接變形往往通過機械拉伸和加熱預(yù)拉伸兩種凡是得到，而橫向焊接變形往往需要借助壓鐵、真空吸盤和大剛度卡具等才能實現(xiàn)。根據(jù)0102車預(yù)加8 mm反變形后，尺寸仍不滿足的情況，繼續(xù)調(diào)整圓頂反變形，尋求合適的反變形量。根據(jù)對蘇州1號線增購線第1、2列圓頂數(shù)據(jù)的跟蹤，焊前預(yù)制反變形量在24 mm時，圓頂內(nèi)高尺寸能夠滿足工藝文件（567～574） mm要求。

4.2.2 采用剛性固定法

蘇州1號線車頂由4塊圓頂板模塊插接而成，依靠3條對接焊縫連接，焊接過程中變形主要來自于與對接焊縫相垂直的橫向收縮，圓頂結(jié)構(gòu)與邊梁采用搭接形式。對圓頂板進行剛性固定焊接。反裝組焊工裝一端是死定位端，一端是橫向氣動夾緊裝置，可保證圓頂對接焊縫的焊接間隙控制在0～1 mm范圍內(nèi)。

此外，工裝兩側(cè)的長壓臂在內(nèi)側(cè)，短壓臂在外側(cè)，用定位銷將壓臂固定，以此來控制圓頂與邊梁的搭接焊縫間隙，通過剛性固定法來限制焊件變形。

4.2.3 優(yōu)化焊接參數(shù)

焊接工藝參數(shù)中的焊接電流及焊接速度直接影響焊接線能量的大小，最終控制著焊接變形的產(chǎn)生，制定合理的焊接工藝參數(shù)可以很大程度上減少焊接變形量[2]。通過將圓頂板焊接電流由220 A，電壓23.0 V調(diào)整為由180 A，電壓20.4 V；將圓頂與邊梁焊接電流由135 A，電壓18.0 V調(diào)整為由180 A，電壓21.0 V，能更好的保證車頂焊接質(zhì)量，減少焊接變形。

5 結(jié) 語

通過分析蘇州一號增購線車頂?shù)慕M焊工藝，結(jié)合其試制中產(chǎn)生尺寸超差等問題，提出了相應(yīng)的工藝措施和解決方法，采用優(yōu)化焊接工藝參數(shù)、調(diào)整焊槍角度、預(yù)制反變形措施，有效的控制了車頂自動焊焊接變形量，保證車頂圓頂?shù)暮附淤|(zhì)量，為后續(xù)生產(chǎn)提供了借鑒。

參考文獻：

[1] 劉志平，胡文浩，劉春寧.高速動車組鋁合金車體自動焊接工藝研究[J].

熱加工工藝，2012，（7）.

[2] 周萬盛，姚君山.鋁及鋁合金的焊接[M].北京：機械工業(yè)出版社，2006.