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摘要：随着我国动车组的不断发展，铝合金车体将逐步取代碳钢应用于轨道车辆中。铝合金车体作为交通设备的载体，具有重量轻、耐腐蚀、外观平整度好、易于制造美观等特点，目前受到世界各城市交通公司及铁道运输部门的欢迎。铝合金车体的制造工艺与传统的车体制造工艺有很大不同，铝合金车体的结构强度、力学性能和抗疲劳性对车辆的运行稳定性及使用寿命有着重要的影响。基于此，本文详细论述了动车组铝合金车体的制造技术。
关键词：动车组；铝合金车体；制造技术
随着列车速度的不断提高，减轻其自重的呼声越来越高，同时又要保证焊接接头的强度和结构安全性，由于铝合金密度小、可回收性好，在车体强度相同的情况下，车体自重最多可减少50%，并且其耐蚀性好，可延长车辆使用寿命，因此得到了越来越广泛的应用。
一、动车组铝合金车体结构及制造流程
动车组车体通常采用铝合金型材闭式焊接作为框结构基础，车体的底架、侧墙、车顶等大部件采用与车体等长的大型中空挤压铝型材插接组焊而成，端墙、牵引梁等中小部件采用铝合金板梁结构，车体承载方式是整体承载式。
在进行铝合金车体制造时，先要根据图纸下料，将下好的料运送至相应部件工段进行部件的组焊，之后将组焊好的部件，如底架、侧墙、车顶端墙等运送到总成车间，进行总装焊接，总成焊接后进行车体的调修和焊接质量、车体空间的检测和交验。动车组铝合金车体，从部件的制作焊接到最后的调试、验收完成并交付路局，其主要流程为：装配→焊接→打砂→涂装→组装→调试→交付使用。
二、动车组铝合金车体制造技术
1、焊接技术。焊接技术是整个铝合金车体制造中最关键也最常用的技术。目前铝合金车体制造中应用的焊接技术有MIG焊接、电阻焊接、CMT焊接等。MIG焊接技术由专机焊接、机械手焊接、手工焊接组成。现在我国动车组的车体制造中，较长的焊缝由机器完成，过程平稳均匀，效率高，但这对部件的尺寸、坡口精度也要求较高，且焊接后易出现未熔透、焊道偏、错边等问题。
动车组车体的底架、车顶、侧墙、地板等大部件在焊接中技术重点各有不同。车顶一般采用双枪双丝自动焊接，由圆顶、平顶、边顶组合焊接而成。车顶焊接过程中，平顶V形焊缝的根部易出现焊不透的问题，所以在焊接时应用较大的电流、较小的偏角慢慢焊。侧墙由窗上板、窗间板、窗下板、上下墙板等组成，侧墙的焊缝主要用单丝自动焊接。侧墙焊接后易出现错边问题，所以在焊接前应作间距0.5～1m的点固，坡口在点固前要留0.5mm间隙。在焊接时要压卡准备焊接坡口，焊缝焊接后要等待工件冷却后再焊接其他焊缝，以减少因热膨胀而造成的形变。车体组装过程中，按顺序装配底架、侧墙、车顶后，对内侧进行点固压卡处理，外侧的焊缝由专机焊接。此处的焊缝焊接时熔池会受重力影响，不易保护焊缝，另外焊接热传输较快，焊缝易出现气孔和未熔问题，因此要根据实际情况合理选择技术熟练的操作。
在具体焊接中，现场环境温度最好高于18℃，湿度小于60％。焊接工件的材料有热处理铝合金也有非热处理铝合金，在对底架、端墙、车体等部件进行焊接时要用熔化极惰性气体和钨极惰性气体保护，在对侧墙、地板、车顶和车体进行大线焊缝焊接时要用熔化极惰性气体保护。焊接时可在焊丝中加入锆以减少热裂纹的产生，保护气使用三元气和纯氩气，这样可增加焊缝处金属的熔透性，提高焊接速度。保护气中的氮气可帮助稳定电弧，为焊缝的形成创造有利条件。另外，焊接热处理铝合金时，要注意焊接热输入不能太大，用测温仪测量焊接前的预热温度，应为80～120℃，层间温度控制在100℃内。在焊接时，为减少气孔，焊接前要清理工件的焊接区表面、焊丝。焊接速度、焊接电流、弧长也要适当，因它们关系到熔池的凝固速率和氢气的逸出。若熔池存在时间长，有利于氢气的逸出，则可减少焊缝气孔，常见的方法有增大热输入和焊前预热，减缓散热。在车体外侧焊缝焊接中，易出现咬边问题，因此在实际操作中，焊接速度不要太快，弧长也不能过长，电弧在熔池边缘的时间要适当。
2、焊接变形控制技术。焊接变形对产品质量有重要影响，若变形超出范围就可能直接导致部件报废，因此控制焊接变形在车体生产中非常重要。采用合理的焊接顺序、设置合适的焊接工艺装配、选取正确焊接反变形量、严格控制焊接热输入等，能有效控制铝合金车体部件的焊接变形，保证产品外形轮廓和有效的工艺尺寸。
1）合理的焊接顺序：焊接变形方向主要为焊缝横向收缩，采用合理的焊接顺序，后一道焊缝的焊接收缩能有效抵消前一道焊缝的收缩应力，从而达到工件整体变形均匀。以机器人焊接铝合金地板为例，正面焊缝的焊接顺序从中心往两侧焊接，中心焊缝向下变形，两侧焊接继续带动中心焊缝向下变形，正面焊完后整个地板成开口向上抛物线形状。地板反面焊缝采用从两边向中间的焊接顺序，随着逐渐向中间焊缝焊接，型材变形向上翘起，中间焊缝变形最大，从而有效抵消正面焊接后的变形，以达到整个地板焊后变形均匀可控目的。
2）反变形量法：焊接前在焊缝两侧施加一定的反变形是控制焊后变形常用方法，是解决焊接应力和变形的有效措施。采用多层多道焊接，工件最终焊接变形累计量较大，若在焊接前预置一定的反变形量，与焊接变形相抵消，使焊后工件整体变形量受控，满足工艺尺寸要求。此办法在前端车钩面板中厚板、司机室前墙等焊接中是常用且行之有效的方法。
3）控制焊接热输入：焊接热输入对焊接变形有重要影响，控制焊接热输入有利于减少焊后变形。采用双丝焊、高速焊接可降低焊接热输入，脉冲电流、基值电流的设置是降低焊接热输入常用的措施。采用合理的工艺参数，满足焊接质量前提下，提高焊接速度是减少焊接热输入的有效途径。
3、车体加工及内部空间成型测量技术。由于铝合金的膨胀系数大，铝合金车体大部件和侧车体会整体进行制造、加工，为达到车体技术要求、保证制造精度，大部件和侧车体应采用大型的五轴连动数控机床加工，可大幅减小误差。对动车车体及各部件的尺寸、轮廓可采用三维空间尺寸测量技术，实时自动精确地测量出车体的质量控制数据；常见的测量类型和工具有：1）用激光跟踪技术测量目标的实际尺寸，投影已有理论尺寸的坐标系中，再利用计算机等计算出理论和实际投影的偏差，来反映出实际偏差；2）用空间测量全站仪对车体的高度、长度、平面度、扭曲度及部件相对位置进行直接测量，可直接测量出相应偏差数据。
4、焊缝检验技术。动车组铝合金车体为全焊接结构。焊缝质量影响列车行使安全和运营稳定性，焊缝质量检验是车体制造中一道不可或缺的工序。焊接检验分为无损检测和破坏性检测两大类，无损检测方法有外观检测、渗透检测、X射线探伤，而破坏性检测是力学性能试验和金相检验。
1）外观检测（VT）：按EN 15085标准规定，焊接部件的所有焊缝均需进行100％外观检测，其检测结果按IS010042标准评定。
2）渗透检测（PT）：焊缝表面开口性缺陷易产生应力集中，对焊接件危害极大。渗透检测结果按EN 1289标准评定。
3）射线探伤（RT）：射线探伤最大优点是得到直观、长久的记录，适用于检测夹渣、气孔、未焊透、未熔合等体积型缺陷。射线探伤结果按ISO 12517标准评定。
4）破坏性检测：焊接工艺评定时，破坏性检测包括拉伸、弯曲等力学性能试验。制定焊接工艺时预先试验，根据焊缝检验结果确定工艺参数，使焊缝满足质量等级要求。
参考文献：
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