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摘要：本文分析了城轨车辆车体裂纹原因，并提出预防措施。
关键词：城轨车辆，车体，裂纹
一、前言
随着我国城轨车辆的迅猛发展，铝合金越来越广泛应用在城轨车辆车体上，但铝合金车体在实际制造过程中经常发生裂纹问题，影响了车体的静强度。针对车体出现的裂纹问题，通过微观断口形貌和能谱分析，能比较准确分析出原因，以便制定相应的预防措施。
二、问题描述及原因分析
某城轨车辆在进行涂装工序鉴定时，发现车体内顶板存在裂纹。经现场测量：裂纹距一位端空调平顶弯梁370mm处，009XC型材与008XC型材连接焊缝偏一位侧（009XC）10mm。具体情况见下图1。
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图1 裂纹位置
经调查车体焊接完成后检测过程中未发现裂纹，且未投入使用，在放置一段时间后进行涂装过程中发现裂纹。裂纹试样的取样位置为列车车厢内顶部，靠近焊缝10mm处，裂纹的方向与焊缝平行。在失效分析的过程中，首先将裂纹打开，随后利用扫描电镜进行断口分析及能谱分析，结合相似材料的性能实验结果，综合判断裂纹的形成原因。
样品宏观形貌：
样品为单侧的裂纹样品，裂纹面上覆盖一层红色的渗透探伤液体残留物质。经超声清洗后将样品的断口侧截成3段，以便于在扫描电镜下观察，断口的截取方法如图2所示。根据断口表面的渗透探伤液体的薄厚程度，判断裂纹的开裂方向为从1至3。
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图2试件断口的取样位置
微观断口形貌
断口表面覆盖较厚的渗透探伤残留，覆盖了断口的原有形貌。因此在进行微观断口观察之前对切割好的断口试样置于丙酮中进行超声清洗15min。可见试件上覆盖少量白色不导电物质，为透射探伤的渗透液在断口表面的残留物；断口上存在两种形貌，分别将其区域标记为A区及B区。
将A区放大至1000倍，可见断口上全部为边界圆滑的球形晶粒。在晶粒上覆盖一层薄膜状的形貌。表明在裂纹形成过程中或裂纹形成之后试件经历了较高的温度。
与A区的形貌相比，B区形貌比较平坦，放大后发现B区形貌与A区相似，为边界圆滑的晶粒。与A区相比，B区的晶粒尺寸较大。
通过对失效构件裂纹进行断口分析，可以得到如下结果：
1）通过对断口宏观及微观形貌进行观察，发现主要裂纹区域断口形貌一致，未见疲劳裂纹，应力腐蚀断裂的断口形貌特点，其形貌特点为覆盖了一层薄膜的圆滑球形晶粒。
2）观察裂纹尖端的的断口形貌，可见断口上的主要形貌与其他位置的形貌不同，为韧窝形貌，是铝合金材料的典型拉伸形貌。表明高温裂纹在形成后又经历了拉伸状态下的裂纹扩展。
能谱分析：
能谱分析是利用能谱仪（EDS）对材料微区成分元素种类与含量分析的方法。为了确定样品的成分是否存在问题，利用EDS对样品裂纹附近的区域进行能谱分析。其结果表明样品材料的成分中无明显的杂质元素，排除了因成分问题而引起的开裂。
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b）能谱曲线 c）能谱分析结果
图6能谱分析结果
分析结论
通过对试样进行断口分析，能谱分析及与A6N01-T5材料的热拉伸断口进行对比后，可得到如下的结论：
1）对样品裂纹附近进行能谱分析实验过程中未检出杂质元素偏高，表明样品开裂原因不是由于材料成分中杂质元素的影响。
2）通过对断口宏观及微观形貌进行观察，未在断口上发现疲劳裂纹或应力腐蚀裂纹的特征，表明样品裂纹不是常规服役条件下的裂纹。将样品裂纹断口形貌与A6N01-T5热拉伸断口进行对比，发现二者特征一致，均为覆盖薄膜的球形晶粒。表明样品的主要开裂方式为高温失延。
3）由于样品取样的车体在焊接之后的检测过程中未发现裂纹，表明裂纹不是形成于焊接过程中。所以裂纹形成可能性较大的原因是：车体在焊接工序结束后需要经历高温状态下的调修，裂纹极有可能是在列车调修时，车体该部位在较高温度下承受了过大的调修载荷或较大的拉伸变形所致。
三、预防措施
对车顶结构焊后变形进行统计分析，根据数据统计结果，调整车顶正组台位的焊接反变形装置，使车顶组焊后不需调修即可满足设计图纸要求。为了避免车体的再次形成此类裂纹，在调修的过程中，应避免在焊缝热影响区、焊缝和其它位置局部进行过度加热，并注意控制调修时的外载大小，避免局部承受冲击力及过量的拉伸应变。
四、结束语
车体是城轨车辆的关键零部件，牵引系统、空调系统等大部分零部件安装在车体上。为了城轨车辆运行安全，车体静强度要求非常高，车体存在裂纹是危害性最大的一类质量问题。对城轨车辆生产过程中发现的车体裂纹问题，必须高度重视，必须对车体的制造工艺、调修工艺进行严格的排查和控制，做到每一步都符合要求。
参考文献：
【1】李炯辉，林德成.金属材料金相图谱[M].北京：机械工业出版社，2006：572.
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