铝合金地铁车体底架前端地板组成焊接质量控制措施

铝合金地铁车体底架前端地板组成焊接质量控制措施

张龙  刘永城  于昌秀

中车大连机车车辆有限公司     辽宁大连      116022

摘要：在某车型的地铁车身底架前端地板进行焊接时，发现其前端地板出现局部变形，这不仅对焊缝后的平整度造成很大的影响，甚至还会对前端地板安装等工艺的正常进行造成影响。焊接后的调整工作量较大，而对周围基体材料进行多次调整会导致其周围基体材料的强度下降，在变形较大的部位还会出现裂纹。本文将针对前端地板前部焊接结构的特征，提出优化焊接结构、调整焊接顺序和改进焊接模具等手段，实现前端地板正面焊接后平整度的可控，减少调整和焊接返工的概率，使铝合金地铁车体底架前端地板焊接的生产效率得到提升。

关键词：铝合金；地铁车体；底架前端地板；焊接质量

由于铝及其铝合金具有密度小、强度高、塑性好、成型方便、导电以及导热性好等优点，是目前我国地铁车体首选的结构材料之一。目前用于地铁车辆的铝合金主要是由大尺寸的空心薄壁挤出型材和各种厚度的铝合金板构成，再加上与其他焊接材料相比，由于热膨胀系数高，因此在高速升温与降温的作用下，就会产生各种形式的变形。

1.前端地板组成结构

前端地板是一种安装在头车地铁车身底部的一个端头，是一种以端梁为主体，四根前端支架，底板，补板等构件焊接而成的结构。其中，端梁组采用6 XXX系铝合金型材，型材内侧设有一对角筋，将端板加工并焊接在一起，构成端板，端板构成开放式结构。4块前端支架和底板都是6 XXX系列的铝合金板材折弯构造，前端支架和底板和端梁是焊接的，6XXX系列的铝合金补板在中部两个前端支撑和底板间分别添加了一个6XXX系列的铝合金补板，该补板和底板是焊接在一起的，然后在前端支架上进行了焊接，通过添加一个辅助板来提高这里的结构刚性。前端地板构成的前部支撑与底板、补板和端梁通过对焊相结合。在底盘构件的焊接工艺中，前端底板组成与底架的连接板的前部构成部分与底盘的连接板、牵引梁组成。沿着车身的宽度方向，底盘在正装的情况下，前端地板组成与底架的连接板与底盘之间由对接焊缝连接而成；所述底架为反向安装，前端地板组成结构与牵引梁下罩之间的对接焊缝连接，前端地板与底板侧板、牵引梁立板的连接采用对接焊缝和角焊缝相连接。

前端地板组成的焊接工艺为 MIG焊工艺。在熔化极惰性气体保护及电弧热的共同作用下，实现对熔池进行熔敷、熔敷、持续引弧、稳定电弧的新工艺。在铝及铝合金熔化极惰性气体保护焊中，通常使用氩作保护气，在焊接时，通过对焊丝－基体的熔合区及焊缝区的保护，使其不会受到外界大气的影响。在焊接过程中采用手工移动焊枪，利用送丝机送进焊丝的方法，这种方法被称为半自动熔化极惰性气体保护焊，被广泛应用于铝合金轨道车辆车身及零部件的焊接中。

2.前端地板组成结构及制造工艺优化

2.1结构优化

由以上研究可知，在无焊补片的底板部位，存在着结构刚性不足，且由于前面板构成的焊接变形，致使此处出现了明显的形变，从而造成了焊缝处的开裂。为此，在前端支撑之间增设了一个加固支撑，该加固支撑与底板和前端支撑分别焊合，以提高前端地板组成的刚度。

2.2制造工艺优化

(1)焊前预制反变形

考虑到前端地板组成的焊缝变形，采取在底板与底盘焊之前预先先预埋反向变形的办法来抑制底板的变形。逆变形方法是在实际生产过程中，利用已有的加工规则，在焊缝之前，通过人工预先设定的与焊缝剩余变形方向相对的变形量，来补偿焊缝的弯曲和角度变形。在底盘正面焊接模具中，在前端地板组成和连接板的对接焊缝进行焊接之前，将一个千斤顶支撑装置设置在端梁的中部，并在其两侧加装下压和下拉装置，预先将中部的反向变形进行预处理，以补偿该焊接过程中的两端翘曲变形。在底盘上，对焊模具进行反向装配，在连接板处增设两端相对于车身中央的两端横梁的支撑机构，对外侧的反向变形进行预先设定，以避免两端横梁中间部分发生向车身内侧的扭曲。另外，在底架焊接工装中，可以在前端地板组成和牵引梁间增设一个支架，用以补偿由于前端地板组成和牵引梁立板的焊缝产生的角度变形等。

(2)优化焊接工艺

对于前端底板组成和底盘构件的焊接内部存在多个焊缝，采用不同的焊接次序，将导致焊接变形差异较大，故采用最优次序进行控制。当前端地板组成与底盘的连接板和牵引梁构成的焊接过程中，前端地板组成部分和连接板的对接焊缝采取由中间向两侧、分段跳焊的方式进行，每个部位的焊缝间距在100 mm左右，在打底焊结束后，在工件完全冷却之后，依次进行填充和盖面焊。在与边梁、牵引梁之间焊接前部地面构成部分的焊缝时，采取两头对称的方式，按照打底、填充和盖面的顺序来进行焊接，并对其进行优化，降低底部前端地板组成部分的加热区域，从而最大限度地降低焊接的残余应力和变形。当底板组合件焊接时，特别是正面支撑与底板及补板焊接时，应尽可能避开焊接交叉部位的电弧，以降低交叉部位焊接质量。

(3)调整工艺流程

通过结构优化、焊前预置抗变形、优化焊接工艺和焊接次序，将前端地板组成和底盘焊接时的焊接变形降到最低，同时，对二者及其焊接工艺流程也需要进行深入的研究，在前端地板组成工艺流程中，将前端地板组成工艺焊接在一起，确保前面板组件和底盘焊接前的结构刚性。与此同时，还对底盘其他配件的焊接次序进行调节，把底盘配件组焊过程中要与前端地板组成的其他配件焊接在一起，并将其放到前面的前端地板组成焊接工艺中去，然后在底部的其他结构上进行焊接，这样就可以最大限度地减少前端地板组成的焊接热输入，从而可以有效地减少焊接变形，减少维修的工作量。

结束语：

综上所述，铝合金地铁车体底架中的一个重要组成部分就是前端地板组成，其对司机室和某些内装部件起到一定的承载作用，但由于其焊缝的位置比较集中，所以对底架前端地板组成焊接质量控制具有非常重要的现实意义，通过质量控制能够有效提升焊接质量，减少返修次数，使其能够保持正常使用。

参考文献

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[3]罗胜、陈春跃、黄润涛、向勇、党锐玺.铝合金地铁底架地板自动焊接变形控制[J].金属加工：热加工,2020(12):233-234.