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摘要：在铁路大踏步发展过程中，铁路车辆的提速是实现高速和重载的重要手段。轻型汽车的主要方向是铝合金材料在汽车车身结构中的应用，这是我国工业长期研究的课题。随着铁路部在大秦线运力扩展卡车上召开技术工作会议，大秦线铝合金煤矸石专用车厢的开发，为铝合金材料在铁路车辆上的应用开辟了道路。
关键词：铁路货车；轻量化；超高强度钢；铝合金；长纤维复合材料
重载、高速是世界铁路货物运输的主要发展方向。通过对实现铁路货车轻量化的三种途径的分析，介绍了轻铝合金和轻复合材料在铁路货车轻量化中的应用。
一、铝合金在重载铁路货车上应用的优缺点
1.优点是。（1）重量轻，节能，节能环保。铝合金密度约为钢密度的1/3，强度-质量比率高（效率/密度力）。例如，货车常用的q450 nqr钢和q450 nqr铝合金和5083 - H321、6061-T6的强度-质量比率分别为57、7、79、6和88.9，铝合金的强度-质量比率明显高于钢。因此，铝合金铁路货车可以大大减轻自身重量，提高运输能力。（2）具有良好的耐蚀性。铝合金表面容易形成致密的氧化膜，具有良好的耐氧性。因此，铝合金汽车车身的耐腐蚀性能优于钢制汽车车身，特别是不易耐蚀的汽车车身部分。（3）便于加工、制造、维修。随着大型中空复杂铝塑材料的开发和应用，铝材料焊接技术不断改进，铝合金cari的制造工作量大大减少，比钢板车的制造工作量大幅度减少。（4）费用适中。尽管铝合金材料价格较高，但铝合金实现了车辆轻便、运输能力提高、能耗降低、维护成本降低、再利用、残值利用率高、回收利用价值高等目标报废车辆的回收利用价值为：钢材100 %，铝合金480 %。从综合经济效益的角度来看，铝合金车经济合理，成本适中。
2．不足点。（1）初始采购成本高。购买铝合金设备的成本很高，铝合金的加工和组装需要特殊的设备和技术，使得其制造成本很高。因此，性能相当的铝合金车的购置费比耐磨钢车高出10万~ 20万元。（2）刚度较低。铝合金的弹性模量约为耐高温钢的1/3。如果在零部件结构中使用，则重量会降低，刚度也会降低，因此铝合金通常不会用作结构的主要承载构件。结构相同的铝合金汽车的整体刚度低于钢制汽车。（3）焊缝强度低，焊缝变形大。铝合金材料焊接工艺虽然成熟，但铝合金焊接后受热区的材料强度会显着降低，焊接变形较大，难以控制。因此铝合金焊接需要更高的操作水平和焊接人员设备。
二、铝合金材料在铁路货车上的运用
1．铝合金在外国铁路货车上的应用。第一个全铝合金料斗小车是在美国开发的。因其轻盈、负荷重、运输能力、耐蚀性、长效抗腐蚀、耐蚀性、自1990年代以来，由于铝合金轨道车辆的维修和保养成本低，且经济一体化，北美市场对铝合金轨道车辆的需求迅速增长。95%的新煤炭运输车辆是铝合金车辆，2000年这一比例为98%。目前，铝合金广泛应用于制造卡车，如料斗卡车。
2.铝合金在国内铁路货车中的应用。2003年，为了进一步提高西部至东部的煤炭运输能力，中国开发了C80铝合金敞开式汽车，车轴重25 t，满足了大秦铁路2万t重型联运列车的运输需求，并为大秦铁路年交通量从1亿t升增加到4亿t提供了条件。配铝材料用于承载C780煤的gondole汽车的侧壁、端壁和下部侧梁，从而降低了汽车的死重量；该车负荷80 t，比C70煤油车高14.3%，具有显着的经济和社会效益。2003-2004年期间，有5 000多辆C80敞篷货车被用来运输大秦铁路上的煤。2011年至2013年，神华集团煤炭专用运输线路使用了近30 000辆C80敞篷汽车，大大提高了货物运输效率。
2012年至2015年，为了提高铁路运输能力和经济效益，开发了30 t车轴重量KM98和KM100系列铝合金三分车，采用摩擦焊接技术焊接铝合金龋齿，大大降低了车辆的自重量车辆负荷达到100 t，比C80煤矸石车高25.0%。目前正在对这一系列车厢进行试验。
三、运用中有待解决的问题
铝合金在铁路货车上的应用迈出了第一步。随着铝合金车运行试验的深入，铝合金车的修理难度必须由业界来考虑。目前铁路货车用铝合金焊接技术不完善，给传统车辆维修方法的实施带来了一定的困难。与此同时，只要铁路货车专用铆钉不是中国生产的，完全依赖涂装结构意味着车辆的制造和维修成本仍然很高。引进先进的铝合金焊接技术是解决问题的一种手段焊接技术的应用节省了车辆零件铆钉孔的加工成本和人工时间。在合理设计焊接长度和自动焊接的基础上，零件装配和整车装配的人工时间可以大大提高。在日本，金属惰性气体屏蔽点焊（如钨惰性气体屏蔽焊接）用于铝板，此外，摩擦焊接（FSW）和电阻焊接自1990年代初以来一直在国外应用，并具有一定的应用经验。因此，目前的任务之一是正确引进这些技术和相关设备，并进行广泛的实验研究，将其转化为自己的实际经验和技术。此外，国外经验应作为维修和清洁铝合金车辆的参考。在车辆运行过程中，制造商、用户和列车检查部门之间的每一个环节都应提高人们对维修的认识，制定严格的操作程序，改进铝合金车辆的应用管理，尽量减少铝合金车辆的损坏。
四、铝合金运用于货车的关键技术
1.剖面设计技术。型材设计是铝合金车身设计的重要组成部分。衬套造型、宽度公差、壁厚偏差、边位置和轮廓肋厚度直接与熔接穿透、标注公差以及组合后元件熔接的刚性相关。如果衬套槽的标注公差不正确，则很难在插入大轮廓后调整间隙，并且无论如何最佳化熔接参数，均无法保证熔接品质。如果轮廓宽度公差不正确，则整个零件在焊接后会变得更窄或更小，并且很难恢复。材料的不可逆由轮廓模具决定，因此在设计轮廓时应考虑汽车车身焊接、元件刚性和整体尺寸公差等因素。
2.组件设计技术。在设计铝合金车身部件时，应充分考虑同等强度设计原则，不应采用加固制度。由于铝合金焊接比钢焊接困难，任何不合理位置的修理焊接都会造成质量隐患致命。因此，在设计中应充分考虑到焊接技术、尺寸公差的完全控制、零部件分块装配的可行性以及主要零部件界面的合理性等问题。
3．自动焊接的技术。铝合金焊接需要投入大量资金进行人员培训，因此自动焊接适合铝合金焊接。大型焊接设备投资于铝合金车身制造是必要的。
4.焊接变形控制技术。在铝合金焊接过程中，焊接变形将是自由状态钢的两倍，过度焊接变形很难通过适当的调整和修复来解决。中国控制焊接变形的措施包括：整体大零件变形、挤压铁变形、空心主轴夹具变形、大型刚性装置变形等。
5.焊接变形调整修复技术。无论工艺措施质量如何，焊接变形都不能完全消除，焊接件一旦焊接，需要进行全面的变形调整和修复，通常采用压力铁平衡机和机械压力的火焰调整和修复方法。
6.厚铝板/大断面型材弯曲成形技术。由于铝合金板材的延性和表面硬度较低，弯曲成形比钢困难，因此在压厚铝箔时需要特殊基体，基体一般采用橡胶和钢的基本粘结结构。
总之，铝合金材料具有重量轻、形状好、耐腐蚀、可回收等优点，在铁路货车轻量化目标的实现过程中发挥着重要作用。特别是随着我国铁路货车设计制造水平的不断提高，可以为铝合金材料的应用提供更多的发展空间。
参考文献：
[1]刘海忠，铝合金在铁道车辆上的应用探讨．2019.
[2]张福航．关于铝合金在铁道车辆上的应用探讨．2020.