铝合金车体大部件表面划针划线的可行性研究

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摘要：通过试验和理论分析，研究在铝合金车体大部件型材表面采用不锈钢划针进行其它附件定位划线的可行性，并针对生产实际应用，给出指导建议。

关键词：铝合金车体 大部件型材表面 划针划线 可行性

作者简介：

在轨道车辆中，铝合金车体由于重量轻、气密性好、生产效率高（主体结构适合自动焊）等优点，被广泛应用于高速动车及城轨地铁中。与碳钢、不锈钢车体相比，基于材料特性的巨大差异，其生产工艺也大不相同。在碳钢和不锈钢车体制造中，一些小的附件定位线，通常采用划针进行划线。但对于铝合金车体，国内各生产厂家未有采用划针进行划线应用实例。在BST铝合金车体制造初期，一直采用铅笔或记号笔进行画线。由于铝合金焊前，需对焊接区域进行焊前清理（去除油污）和焊前打磨（去除氧化膜），导致打磨后，画线也被打磨掉，需再次进行画线。为提高生产效率，本文着力研究在铝合金车体大部件型材表面采用划针进行划线的可行性，使其将两次画线变为一次划线。

1.划针划线是否能起到定位作用

1.1.试验样件介绍

2.划线对产品机械性能影响分析

2.1. 对静载荷影响

对划针划线试样和未划线试样进行弯曲、拉伸比较，试验数据见表1，表2，由试验数据可知，该划线对材料静载弯曲、拉伸几乎无影响。

2.2. 划针划线对产品疲劳性能的影响

2.2.1. 材料表面划痕对材料疲劳强度的影响

划针划线可看作工件表面划痕损伤。材料表面划痕长度、划痕深度、划痕方向及划痕周围加工硬化层状态及残留应力等特征都会对材料疲劳强度产生影响。但划痕长度和划痕深度对疲劳的影响起决定性作用，尤其是划痕长度对疲劳的影响更为严重。图2是宽度B=20mm 的平面弯曲疲劳试样中央部分表面上，与弯曲转矩的方向成直角，深度d=0.3mm的人工划痕（划痕为60度或者75度的V型，末端的圆角约0.02mm），该划痕长度l为试样宽度的3/4 时，l/B 与表面系数Ck之间的关系。这种情况下的Ck为，各平面弯曲疲劳除以平滑试样（表面为制出原样）的疲劳强度的值。划痕的长度与宽度之比l/B越大，Ck就越具有略微变小的趋势，但可以看出，从0.1左右开始l/B几乎是定量的。图3是，表面划痕的长度与宽度之比达到定量，即l/B=0.5时，创伤的深度与板厚度之比d/T对表面系数Ck产生的影响。d/T=0.005 左右之前，未对疲劳强度产生影响，而且，5083-O 合金板当中，创伤的方向的影响也是几乎没有的。所有的情况下，若划痕长度相对与试样宽度的比极小时，根据图5可知，其对疲劳强度产生的影响很小。[1]

2.2.2. 实际应用工况及静强度实验分析

对于轨道车辆车身结构在其运行寿命期间将承受极大量的不同程度的动态载荷，引起车辆疲劳的因素主要有：轨道激励轮对导致车辆上下颠簸载荷；空气动力载荷；牵引和制动引起列车速度变化载荷。BST-VHS铝合金车体按照EN1266-1《铁路应用-铁路车体结构要求》标准进行考核，根据该标准，考核疲劳的关键部位有：设备连挂点，构件间接头（例如焊缝，螺栓连接接头），及几何形状突变部位（入车门角部，窗口角部）[2]。车身结构各大部件（侧墙、车顶、端墙、底架）非焊缝区（除窗角、门角、枕梁外侧牵引箱区域）均为车身结构考核疲劳非关键部位。从引起疲劳的载荷种类判断，对该区域疲劳产生影响的主要载荷为空气动力载荷。结合BST委托北车四方所做的车体静强度试验报告知，在这些区域，疲劳工况安全系数≥7[3]。

2.2.3.试样划痕长度、深度对疲劳影响的评估

用表面划痕深度宽度测量仪，对图1试样划痕深度和宽度进行了测量，测量结果见表3。对于打磨后划痕深度≤0.03，根据车身结构各大部件型材外壳厚度（车顶≥3mm，侧墙=4mm，端墙=4mm，底架≥4mm）知，划痕深度/母材板厚≤0.01。

由此可知，在大部件型材表面非焊接区，划针划线是安全的。

3.生产应用中的指导

3.1.车体各大部件可采用划针进行划线区域：

a、侧墙非焊缝区（除窗角、门角） b、车顶非焊接区 c、端墙非焊接区 d、底架非焊接区（除枕梁外侧牵引箱区域）

3.2.划线用划针：必须采用不锈钢材质，且划针针端头为“球型”，见图4

3.3.划线方式

通过上述分析，划痕长度占工件宽度的比例对疲劳的影响起关键作用。该比例越小，划

痕对工件疲劳强度的影响越小。在实际生产中，对于连续短焊缝，可采用图5划线方式，对于断续长焊缝或连续长焊缝，建议采用图6划线方式。另外建议划针划线离工件边缘在0～1mm范围内，这样即可保证定位的精度，又可保证划痕能被焊缝融覆，从而降低划痕对材料疲劳性能的影响。

4.结论

4.1.BST铝合金车体附件定位可采用划针划线，但要避开车体考核疲劳的关键部位（如牵枕区域、构件间连接点、窗口门口等）；

4.2.在能起到定位作用的前提下，划线要尽量短且能被焊缝所融覆；

4.3.采用不锈钢材质“球”型端头划针；

5.结束语

本文是基于BST生产的VHS车体进行的分析，供读者参考。对于其它公司生产车型，可根据该分析方法，结合自己产品性能，确认是否可采用划针划线方式进行定位划线，以及哪些区域可采用划针划线。另外还可参照判断，材料表面有划伤时，根据划伤的长度、深度，结合产品部位性能，判断划痕是否可接受。

参考文献：

[1] 《铝焊接结构的设计疲劳》第2.5.3条内容（作者：竹内胜治），

[2] 《BS EN12663：2000 铁道应用-轨道车身的结构要求》

[3] 《中国高速列车车体静强度试验报告 CRH380D BST 798项目》