苏一增购线车顶自动焊组焊工艺及质量控制

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摘 要：苏州一号增购项目（简称苏一增购线）车体为铝合金B型梯型地铁车辆，车顶结构与B型鼓型项目不同，车顶首次采用圆顶模块与边梁自动焊焊接工艺。由于铝合金焊接变形量较大，生产中出现车体车顶尺寸超差等问题。文章通过对车顶自动焊组焊工艺分析，提出了预制反变形、采用刚性固定及优化工艺参数等措施，有效的解决了车顶尺寸超差问题，保证了苏一增购线车顶的焊接质量。

关键词：苏一增购线车顶、自动焊组焊工艺、反变形、焊接质量

中图分类号：TG47 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）11-0019-02

1 概 述

随着我国城市化进程加快，“十二五”期间我国城市轨道交通仍保持快速发展。快捷便利的地铁交通工具已成为大型城市交通的主流，而这也大促进了地铁车辆制造业的发展。城轨车辆采用大断面、高强度、轻量化铝合金型材整体焊接制造，具有编组灵活，承载能力强，发车密度高等特点，是绿色环保城市大运量交通利器，是铁路建设的主要选型目标。

目前，地铁车辆设计种类繁多，有A型铝合金地铁车辆、B型铝合金车辆等，制造工艺也各不相同。其中苏一增购线车体为全焊接铝合金B型梯型地铁车辆，与全焊接铝合金B型鼓型车结构有所区别，加之项目生产周期间隔已久且车顶自动焊工装经过重新改造，在项目试制过程中，出现车顶圆顶高度、宽度、轮廓度等尺寸超差等问题。

本文通过对苏一增购线B型车地铁车顶的结构特点、焊接工艺进行分析，解决了车顶尺寸超差问题，保证了后续车辆车顶的焊接质量。

2 苏一增购项目车顶组成结构

苏州一号线车体主要结构采用大型铝合金中空挤压型材焊接组成，主要长大焊缝采用自动焊。苏州1号线地铁Tc车车顶结构，主要由2根边梁、1个圆顶模块和吊挂壁及其他相关零件组焊而成。

其中，圆顶模块由四块圆顶板自动焊焊接完成，再与车顶边梁自动焊焊接，因其圆顶模块与车顶边梁刚性相差较大，焊接变形量大，因此控制其焊接变形是难点。

3 车顶自动焊组焊工艺分析

3.1 车顶自动焊工艺流程

3.1.1 圆顶模块组焊工艺

型材反装组焊反面段焊反面满焊圆顶翻转圆顶正装定位夹紧及段焊圆顶正面满焊圆顶尺寸检测。

3.1.2 圆顶与边梁组焊工艺

组装车顶边梁圆顶组装边梁与圆顶正面满焊边梁与圆顶反面满焊。

由于铝合金散热迅速，焊接收缩一般是焊接变形的主要原因。选择合理的焊接工艺，可以有效的控制焊接变形，将变形减至最小。圆顶采用先反装后正装，且在工装正装预制反变形。圆顶反装焊接时，先对中间焊缝焊接，后焊接两侧两道焊缝，以获得预制焊接拱形。正面满焊时，焊接顺序为先焊两侧两道焊缝，再焊中间位置焊缝，以避免收缩扩大坡口间隙和抑制波浪变形等。

3.2 车顶自动焊焊接工艺

3.2.1 车顶自动焊焊接结构

圆顶结构由4块11 m左右，材料为6005A铝合金圆顶板型材对接拼焊而成，焊接方法为MIG焊，保护气体为99.999%高纯氩，焊接材料为φ1.2 mm、ER5356[AlMg5]。接头形式是V型 70 °，钝边为1 mm，带永久性垫板。

3.2.2 车顶自动焊焊接规范

根据前期工艺评定制定的焊接参数，见表1、表2。

4 车顶自动焊焊接变形分析及控制

4.1 车顶自动焊焊接变形分析

铝合金车体圆顶焊接时需要多次焊接，其横向变形存在多次累加效应，因此，控制横向变形是难点。大部件圆顶焊接时，尽管在刚性固定和工装压紧条件下，能够获得一定的预变形，但是该变形属于弹性和塑性变形的混合体，因此，一旦松开夹具的固定工装，此前预变形会发生反弹，因而需要预留一定的反变形量[1]。

根据苏州一号线增购首列车圆顶试制结果来看，车顶内高尺寸普遍超差，最大达7 mm，且车顶圆顶高度超差直接影响到车顶组装车顶吊挂壁，车顶宽度等尺寸。在苏州1号增购线0102车圆顶试制时，对工装圆顶正装反变形量焊接增加至8 mm，并按照文件进行焊接，焊接后车顶内高偏小约6 mm。

4.2 焊接变形控制措施

4.2.1 预加合适的反变形

通常控制焊接变形的方法有焊前预变形及焊后矫正。前一种方法更主动和有效。铝合金车体的纵向焊接变形往往通过机械拉伸和加热预拉伸两种凡是得到，而横向焊接变形往往需要借助压铁、真空吸盘和大刚度卡具等才能实现。根据0102车预加8 mm反变形后，尺寸仍不满足的情况，继续调整圆顶反变形，寻求合适的反变形量。根据对苏州1号线增购线第1、2列圆顶数据的跟踪，焊前预制反变形量在24 mm时，圆顶内高尺寸能够满足工艺文件（567～574） mm要求。

4.2.2 采用刚性固定法

苏州1号线车顶由4块圆顶板模块插接而成，依靠3条对接焊缝连接，焊接过程中变形主要来自于与对接焊缝相垂直的横向收缩，圆顶结构与边梁采用搭接形式。对圆顶板进行刚性固定焊接。反装组焊工装一端是死定位端，一端是横向气动夹紧装置，可保证圆顶对接焊缝的焊接间隙控制在0～1 mm范围内。

此外，工装两侧的长压臂在内侧，短压臂在外侧，用定位销将压臂固定，以此来控制圆顶与边梁的搭接焊缝间隙，通过刚性固定法来限制焊件变形。

4.2.3 优化焊接参数

焊接工艺参数中的焊接电流及焊接速度直接影响焊接线能量的大小，最终控制着焊接变形的产生，制定合理的焊接工艺参数可以很大程度上减少焊接变形量[2]。通过将圆顶板焊接电流由220 A，电压23.0 V调整为由180 A，电压20.4 V；将圆顶与边梁焊接电流由135 A，电压18.0 V调整为由180 A，电压21.0 V，能更好的保证车顶焊接质量，减少焊接变形。

5 结 语

通过分析苏州一号增购线车顶的组焊工艺，结合其试制中产生尺寸超差等问题，提出了相应的工艺措施和解决方法，采用优化焊接工艺参数、调整焊枪角度、预制反变形措施，有效的控制了车顶自动焊焊接变形量，保证车顶圆顶的焊接质量，为后续生产提供了借鉴。

参考文献：

[1] 刘志平，胡文浩，刘春宁.高速动车组铝合金车体自动焊接工艺研究[J].

热加工工艺，2012，（7）.

[2] 周万盛，姚君山.铝及铝合金的焊接[M].北京：机械工业出版社，2006.