劉德濤 欒興隆

摘要：隨著我國(guó)軌道交通產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，軌道車輛已成為人們?nèi)粘３鲂械闹饕煌ǔ俗ぞ?。車體部件是軌道交通車輛最重要的部件之一，主要由底架、左右側(cè)墻、前后端墻、頂棚六個(gè)模塊組成。鋁合金車體零件吸收輕量化設(shè)計(jì)理念，采用薄壁空心鋁合金型材的設(shè)計(jì)方案，結(jié)合整體焊接工藝，更好地考慮強(qiáng)度與剛度之間的關(guān)系。同時(shí)介紹了鋁合金在軌道交通行業(yè)中的優(yōu)勢(shì)，論述了鋁合金與車輛輕量化相結(jié)合在機(jī)車車輛中的具體應(yīng)用，分析了我國(guó)軌道交通行業(yè)鋁合金應(yīng)用的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：鋁合金;軌道交通;應(yīng)用

一、引言

目前，我國(guó)軌道交通產(chǎn)業(yè)正處于著高速客車、地鐵客車、輕軌車輛和高速重載卡車的高速發(fā)展時(shí)期。列車的輕量化是提高列車速度的最重要手段。鋁合金具有重量輕、耐腐蝕、外觀平整度好、易于制造復(fù)雜曲面、比強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，因此受到世界各國(guó)軌道交通行業(yè)的廣泛關(guān)注。目前，中國(guó)已成功為廣州2號(hào)線、深圳1號(hào)線、上海明珠、重慶單軌、武漢、南京和四川青城山等生產(chǎn)鋁合金地鐵車體。同時(shí)由我國(guó)完全自主研發(fā)的“復(fù)興號(hào)”標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)車組最高運(yùn)營(yíng)速度達(dá)350km/h，是當(dāng)前世界上商業(yè)運(yùn)營(yíng)時(shí)速最高的動(dòng)車組列車。

二、使用鋁合金的優(yōu)點(diǎn)

對(duì)于軌道交通車輛，鋁具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）車輛的自重可以大大降低。在強(qiáng)度和剛度滿足安全要求的同時(shí)，采用鋁合金可以大大減輕機(jī)車車輛的自重。

（2）鋁合金具有優(yōu)異的耐火性和耐電弧性。雖然鋁（660℃）的熔點(diǎn)遠(yuǎn)低于鋼（1530℃）的熔點(diǎn)，但車體的耐火性和耐電弧性不僅與材料的熔點(diǎn)有關(guān)，還與材料的導(dǎo)熱性有關(guān)。與鋼相比，鋁合金具有優(yōu)異的導(dǎo)熱性和比鋼更好的散熱性。

（3）耐腐蝕性。鋁合金表面易形成致密的氧化膜，在大氣中具有良好的抗氧化性。因此，鋁合金具有比鋼車體更好的耐腐蝕性，特別是在車體不易涂漆的部位，如箱體結(jié)構(gòu)件和一些內(nèi)部梁柱，鋁構(gòu)件表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢(shì)。

（4）便于加工、制造和維護(hù)。隨著大型空心復(fù)雜型材的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，鋁焊接技術(shù)不斷完善，鋁合金車輛制造技術(shù)日趨成熟。鋁合金零件易于更換，無(wú)需除銹。適用于各種表面處理，易于維護(hù)和回收。

三、鋁合金在機(jī)車車輛上的應(yīng)用

3.1在車體結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

鋁合金材料和大型擠壓型材的發(fā)展為鐵路車輛的結(jié)構(gòu)現(xiàn)代化和輕量化鋪平了道路。同時(shí)，也為鋁材料的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用提出了新的課題，增加了動(dòng)力。近年來(lái)，由于鐵路車輛對(duì)高速、輕量化、簡(jiǎn)化施工和維護(hù)的要求，大型整體式薄板和空心復(fù)雜薄壁型材的研制取得了成功。日本已開(kāi)發(fā)出6N01合金生產(chǎn)的多孔復(fù)雜薄壁空心型材，6N01合金具有較好的擠壓性能、焊接性能和耐腐蝕性能，廣泛替代7N01和7003型材作為車身的地板、側(cè)板和車頂結(jié)構(gòu)。在歐洲，6005A（Al-Mg-Si）合金擠壓型材主要用于鋁合金車身，主要原因是6005A合金擠壓性能好，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，避免了7000系列（Al-Zn-Mg）合金的應(yīng)力腐蝕問(wèn)題。

3.2車輛部件的應(yīng)用

對(duì)于車輛輕量化，顯然只考慮車身是不夠的。由于車體質(zhì)量?jī)H占20%左右，大部分質(zhì)量集中在轉(zhuǎn)向架上，轉(zhuǎn)向架的質(zhì)量主要取決于牽引電機(jī)、輪對(duì)、車架和制動(dòng)系統(tǒng)。目前，適合鋁合金制造的轉(zhuǎn)向架部件包括車架、軸箱、變速箱、彈簧支架等，其他如鋁基復(fù)合制動(dòng)盤、鋁合金輪心復(fù)合車輪、電磁制動(dòng)部件、磁浮列車超導(dǎo)線路、氦液化制冷機(jī)等具有良好的發(fā)展前景。

四、鋁合金在軌道交通業(yè)中的需求

隨著城市經(jīng)濟(jì)快速運(yùn)轉(zhuǎn)，人員流動(dòng)日益頻繁，城際高速鐵路將成為未來(lái)區(qū)域發(fā)展的重要推動(dòng)力，我國(guó)已經(jīng)進(jìn)入了高鐵建設(shè)的高峰期。盡管近年來(lái)我國(guó)鋁及鋁材在此方面的運(yùn)用也獲得了長(zhǎng)足的發(fā)展，但與歐美日等發(fā)達(dá)工業(yè)國(guó)家相比，還存在著一定的差距，這也意味著我國(guó)軌道交通用鋁材還有一定的發(fā)展空間，蓄勢(shì)待發(fā)的中國(guó)高鐵前途光明。

我國(guó)鋁合金車身的發(fā)展起步較晚。1989年，長(zhǎng)春客車廠參照日本車型研制出第一輛鋁合金地鐵車體。由于車體設(shè)計(jì)采用板梁結(jié)構(gòu)，制造工藝繁瑣，平整度差，成本高，因此在市場(chǎng)上尚未大規(guī)模推廣使用。1996年鐵道部組織人力物力開(kāi)發(fā)ICE2結(jié)構(gòu)鋁合金車體。采用德國(guó)進(jìn)口材料、簡(jiǎn)單的自動(dòng)焊接設(shè)備和自制的車窗加工設(shè)備，成功制造了我國(guó)第一輛混合結(jié)構(gòu)鋁合金車體。中國(guó)中車長(zhǎng)春客車廠于2001年建成了國(guó)內(nèi)第一條鋁合金車體自動(dòng)焊接生產(chǎn)線，研制生產(chǎn)了國(guó)內(nèi)第一列磁懸浮列車，鋁合金車體動(dòng)車組、高速試驗(yàn)列車、武漢地鐵、廣州地鐵二號(hào)線地鐵車體、深圳地鐵和上海地鐵車體均采用國(guó)產(chǎn)材料。南京浦鎮(zhèn)車輛廠、株洲電力機(jī)車廠、唐山車輛廠也相繼建成生產(chǎn)線，開(kāi)始生產(chǎn)鋁合金車體。為了實(shí)現(xiàn)鐵路運(yùn)輸?shù)目缭绞桨l(fā)展，引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，鐵道部開(kāi)始在中國(guó)運(yùn)營(yíng)高速鐵路。該項(xiàng)目的運(yùn)營(yíng)，將需要1000多輛高速車體。這個(gè)巨大的市場(chǎng)將推動(dòng)鋁合金車身制造技術(shù)的發(fā)展。

結(jié)束語(yǔ)：

由于鋁合金焊接比鋼焊接難度大得多，任何不合理的位置補(bǔ)焊都會(huì)對(duì)質(zhì)量產(chǎn)生致命隱患。因此，有必要充分考慮焊接技術(shù)和焊接后的應(yīng)力變形，開(kāi)發(fā)新的焊接技術(shù)和焊接設(shè)備，制定嚴(yán)格的焊接檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。除了傳統(tǒng)的MIG焊接外，許多國(guó)家還采用了攪拌摩擦焊接。這一過(guò)程在國(guó)外鐵路行業(yè)還沒(méi)有發(fā)展到8A以上，但發(fā)展速度非?？臁淖畛醯牡准艿匕?、車頂板和側(cè)壁板的焊接，它幾乎可以焊接車身的所有焊縫，甚至車身總成的焊縫。

原來(lái)的小型固定設(shè)備已發(fā)展成為具有多個(gè)焊接頭的大型龍門式工作站。在中國(guó)，許多公司準(zhǔn)備嘗試攪拌摩擦焊接工藝，但該工藝在設(shè)計(jì)坡口時(shí)與MIG焊接工藝不兼容。根據(jù)攪拌摩擦焊接工藝設(shè)計(jì)的坡口不適用于MIG焊接，根據(jù)MIG焊接工藝設(shè)計(jì)的坡口不能進(jìn)行攪拌摩擦焊，因此限制了該技術(shù)的推廣。同時(shí)，中國(guó)的基礎(chǔ)材料行業(yè)，如大型鋁型材的側(cè)彎公差，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足攪拌摩擦焊的工藝條件。因此，攪拌摩擦焊未能在長(zhǎng)大鋁合金型材中焊接中廣泛運(yùn)用，但技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)是不可避免的，攪拌摩擦焊以其獨(dú)特的工藝特點(diǎn)將在鐵路行業(yè)推廣中應(yīng)用。

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