李暖 吴其标
中车青岛四方机车车辆股份有限公司 山东 青岛266111
摘要：目前，现代化建设的发展迅速，铁路运输作为我国大运量、快捷、安全、环保的运输方式，是交通运输体系的重要组成部分 ，经过近 10 年的持续高速发展，我国的高速铁路已建立了较为完善的体系。随着轨道车辆研发技术水平的不断提高，车体趋向轻量化和高速化发展。铝合金材料以密度小、耐腐蚀、易于挤压成形和密封性好等特点，广泛应用于铝合金车体的生产 。铝合金车体作为轨道车辆的主要承载结构，其制造质量直接决定了列车的使用寿命和安全性能，在轨道交通高速、轻量化的发展趋势下，铝合金车体的性能越来越受到重点关注。
关键词：铝合金车体；制造工艺；焊接难点控制
引言
目前，轨道行业的铝合金车体为单层车体结构，由底架、左侧墙、右侧墙、车顶及端墙组成，头车还增加了司机室。而文中提出的一种双层铝合金车体突破了我国单层铝合金车体制造方法，采用全铝合金焊接，填补我国无双层铝合金车体制造的空白，大大减小了结构的自身质量，10 辆编组最高运行速度为 280 kmh。列车 10 辆编组最大定员 1 182 人，相比 CRH380BTX 动车组 8 辆编组最大定员为 561人，定员人数大大增加。可实现高速度、高运载的能力，提高座席定员数，满足目前国内外客运客源量大的需求，对城市急剧增加的通勤人员运输服务是非常有益的。通过研究双层铝合金车体结构特点，突破现有单层车体装配方法，提出了一种全新的双层车体装配及焊接变形控制方法。
1车体组装
车体组装顺序: 底架→侧墙→车顶→端墙、司机室。(1) 安放底架 底架入胎，边梁纵向中心与工装中心对正; 拉紧底架，抑制焊接过程中的变形，保证后道工序安装设备之后车体仍满足要求; 底架预制挠度 (0，－9)mm，由于车体加工磨耗板厚度偏小，枕外预制 2～3 mm 反变形量。(2) 安装侧墙 装配侧墙以车体纵向底架边梁与侧墙上中心孔定位。侧墙、底架中心线对齐的同时要检查两端门口处的余量是否正确。如有问题一般是部件的中心线有问题。装配时当以两侧门口尺寸为准。(3) 安装车顶 装配车顶同样以纵向中心定位，装配车顶前需要调整车厢对角线尺寸，以保证车顶与侧墙连接位置型材插口完全吻合。利用压铁调整车顶与侧墙连接焊缝的间隙，并根据实际装配情况对车内焊缝进行点固焊接。点固焊后底架、侧墙、车顶已组成厢体，调整车体高度、宽度、对角线，先自动化焊接车外侧墙与底架、车顶连接焊缝，后手工焊接车内焊缝。(4) 安装端墙 装配端墙是车体组装的一个难点，组成车体的各个部件的公差最终都要累积到这里，是各大部件的公差集合点。在消除、减小累积公差的同时还要确保内高、内宽、外形轮廓度、纵向直线度、端墙垂直度、端门口、侧门口的高度和宽度等重要尺寸，尤以门口尺寸控制最为严格。样装端墙，测量端门口高度，确定端墙下沿应去除的量，检查端墙外侧与底架边梁端头连接焊缝的装配效果，必要时进行锤击调修或通过端墙预留焊缝进行调整，为保证端墙焊接完成后的垂直度，端墙向外预置 3～5 mm 倾斜。(5) 安装司机室 吊运司机室到底架上观察司机室前墙及环形框是否能与底架连接处完全配合，如果环形框端已经与底架配合但前墙端与边梁端头还有间隙，测量并划出边梁上需要修磨的部分并用角磨机对其进行打磨。装配司机室时，司机室的基准立柱不予去除，避免司机室附件的高度尺寸超差，影响后道工序安装。
2双层车体装配方法
双层车体组成下部支撑采用中间与两端高度差支撑方式，中间地板使用低高度的支撑，两端采用高高度的支撑，保证 “反几”字形底架纵向均有着力点，中间支撑位置为双层底架中部下表面，两端支撑位置为边梁下表面。中间支撑和两端支撑保证一定的高度差，高度差值为底架结构中部与两端的高度差，支撑模块要求有一定的调整量，保证支撑与工件密贴。中间支撑模块包括下部横梁，支撑位置两侧和中部，分别支撑 U 形地板的两侧和中部，如图2 中的件号2，中间支撑模块的数量根据底架组成中 U 形地板的长度而定，在此项目中为 6 组，2. 5m 为一组在纵向均布。两端支撑模块件号 1 为两侧支撑柱，高度可调节，支撑位置为两端底架边梁位置，一端布置两侧各 2 组支撑模块，此数量可以根据车体两端长度进行调整。
3焊接材料
焊材的质量对铝合金焊接质量至关重要。目前，轨道交通铝合金焊接材料多为进口产品，特别是在高速度等级的动车组上，焊丝全部采用进口。国内轨道交通行业应用的主要铝合金焊丝进口品牌有SAFRA、ESAB、MTL、MIG等品牌。近年来，随着国产化焊丝制造技术的提高，国产铝合金焊丝也表现出良好的力学性能和使用性能，并在地铁车辆上开始成功应用。国内轨道交通车辆制造企业为促进国家焊接材料制造的发展，同时降低生产成本及进口供货风险，正在大力推进国产化铝焊丝的工程化应用。焊丝的选择可依据ISO 17671-4—2002标准进行，焊丝的成分及交货条件按照ISO 18273—2015标准执行。目前，常用的铝焊丝为ER-5087、ER-5356，这两种焊丝适用于5系、6系、7系铝合金焊接。在进行6系铝合金焊接修补过程中，为了防止产生热裂纹，在对强度要求不高时可以选用ER-4043A进行焊接。由于采用ER-4043焊丝焊接接头强度较低，故不适用于新造产品。焊接保护气体也是保证铝合金焊接质量的重要影响因素之一。焊接气体按照ISO 14175—2008标准进行选择，熔化焊一般选用高纯氩气或者氩氦混合气体。为保证焊接质量，高纯氩气的纯度一般要求达到99.999%；氩氦混合气体一般采用三元混合气体，比例为Ar70%+He30%+N 2 150×10 -6 ，增加He和N 2 可以提高电流阳极区域的电流密度，增加焊接熔深，减少焊接气孔。混合保护气一般用于车体底架等主要受力部件的焊接。随着焊接技术的发展和机器人制造技术及自动化技术的提升，铝合金焊接技术朝着高效、绿色方向发展，机器人双丝焊接、搅拌摩擦焊、激光及激光复合焊等新技术在轨道交通铝合金上的应用越来越广泛。（1）铝合金车体双丝双弧焊接 双丝双弧焊接与一般 MIG 焊类似，送丝机和焊枪都可用双电源作双丝共熔池双弧焊或不共熔池的双弧焊。两个电弧可以并列、斜列和串列，并列和斜列能使电弧不正对接口，可减少焊接塌陷发生的可能性；串列能够分散热量，使狭长温度场和双峰热循环可调范围更大，提高焊接接头性能。如果采用单电源供电，两个导电嘴间不必绝缘；如果用双丝双弧单焊枪送焊丝共熔池焊接，则两个导电嘴间必须绝缘， 需要采用有一定延迟的同步双电流焊接 。为提高焊接效率，可以将两个采用双丝双弧焊接工艺的焊接头集成到一台龙门设备上。如某公司在铝合金高速列车车体空调板、地板及圆弧顶盖等大型中空型材组件焊接中应用了串列式双头双丝弧焊设备，焊接速度可以达到1.3m/min左右。该工艺在提高生产效率的同时，还提高了焊接质量，减少了工件焊接变形和焊接接头软化区宽度。
结语
随着焊接技术及轨道交通技术的发展，越来越多的轻量化新兴复合材料将会被应用，高速高效、低焊接变形的焊接工艺将会有进一步的市场需求，轨道车辆的焊接技术必将向智能化、数字化、高效绿色环保方向发展。
参考文献
［1］ 王 立 夫， 田 新 莉． 车 辆 底 架 装 配 系 统 及 方 法: 中 国，ZL201610715044.1［P］． 2018－06－26．
［2］ 田新莉． 双层车体装配系统及方法: 中国，ZL201710693833. 4［P］． 2019－04－23．