蘇一增購線車頂自動焊組焊工藝及質量控制

李文娟 李龍飛 王亞婷

摘 要：蘇州一號增購項目（簡稱蘇一增購線）車體為鋁合金B型梯型地鐵車輛，車頂結構與B型鼓型項目不同，車頂首次采用圓頂模塊與邊梁自動焊焊接工藝。由于鋁合金焊接變形量較大，生產中出現車體車頂尺寸超差等問題。文章通過對車頂自動焊組焊工藝分析，提出了預制反變形、采用剛性固定及優化工藝參數等措施，有效的解決了車頂尺寸超差問題，保證了蘇一增購線車頂的焊接質量。

關鍵詞：蘇一增購線車頂、自動焊組焊工藝、反變形、焊接質量

中圖分類號：TG47 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）11-0019-02

1 概 述

隨著我國城市化進程加快，“十二五”期間我國城市軌道交通仍保持快速發展。快捷便利的地鐵交通工具已成為大型城市交通的主流，而這也大促進了地鐵車輛制造業的發展。城軌車輛采用大斷面、高強度、輕量化鋁合金型材整體焊接制造，具有編組靈活，承載能力強，發車密度高等特點，是綠色環保城市大運量交通利器，是鐵路建設的主要選型目標。

目前，地鐵車輛設計種類繁多，有A型鋁合金地鐵車輛、B型鋁合金車輛等，制造工藝也各不相同。其中蘇一增購線車體為全焊接鋁合金B型梯型地鐵車輛，與全焊接鋁合金B型鼓型車結構有所區別，加之項目生產周期間隔已久且車頂自動焊工裝經過重新改造，在項目試制過程中，出現車頂圓頂高度、寬度、輪廓度等尺寸超差等問題。

本文通過對蘇一增購線B型車地鐵車頂的結構特點、焊接工藝進行分析，解決了車頂尺寸超差問題，保證了后續車輛車頂的焊接質量。

2 蘇一增購項目車頂組成結構

蘇州一號線車體主要結構采用大型鋁合金中空擠壓型材焊接組成，主要長大焊縫采用自動焊。蘇州1號線地鐵Tc車車頂結構，主要由2根邊梁、1個圓頂模塊和吊掛壁及其他相關零件組焊而成。

其中，圓頂模塊由四塊圓頂板自動焊焊接完成，再與車頂邊梁自動焊焊接，因其圓頂模塊與車頂邊梁剛性相差較大，焊接變形量大，因此控制其焊接變形是難點。

3 車頂自動焊組焊工藝分析

3.1 車頂自動焊工藝流程

3.1.1 圓頂模塊組焊工藝

型材反裝組焊→反面段焊反面滿焊→圓頂翻轉→圓頂正裝定位夾緊及段焊→圓頂正面滿焊→圓頂尺寸檢測。

3.1.2 圓頂與邊梁組焊工藝

組裝車頂邊梁→圓頂組裝→邊梁與圓頂正面滿焊→邊梁與圓頂反面滿焊。

由于鋁合金散熱迅速，焊接收縮一般是焊接變形的主要原因。選擇合理的焊接工藝，可以有效的控制焊接變形，將變形減至最小。圓頂采用先反裝后正裝，且在工裝正裝預制反變形。圓頂反裝焊接時，先對中間焊縫焊接，后焊接兩側兩道焊縫，以獲得預制焊接拱形。正面滿焊時，焊接順序為先焊兩側兩道焊縫，再焊中間位置焊縫，以避免收縮擴大坡口間隙和抑制波浪變形等。

3.2 車頂自動焊焊接工藝

3.2.1 車頂自動焊焊接結構

圓頂結構由4塊11 m左右，材料為6005A鋁合金圓頂板型材對接拼焊而成，焊接方法為MIG焊，保護氣體為99.999%高純氬，焊接材料為φ1.2 mm、ER5356[AlMg5]。接頭形式是V型 70 °，鈍邊為1 mm，帶永久性墊板。

3.2.2 車頂自動焊焊接規范

根據前期工藝評定制定的焊接參數，見表1、表2。

4 車頂自動焊焊接變形分析及控制

4.1 車頂自動焊焊接變形分析

鋁合金車體圓頂焊接時需要多次焊接，其橫向變形存在多次累加效應，因此，控制橫向變形是難點。大部件圓頂焊接時，盡管在剛性固定和工裝壓緊條件下，能夠獲得一定的預變形，但是該變形屬于彈性和塑性變形的混合體，因此，一旦松開夾具的固定工裝，此前預變形會發生反彈，因而需要預留一定的反變形量[1]。

根據蘇州一號線增購首列車圓頂試制結果來看，車頂內高尺寸普遍超差，最大達7 mm，且車頂圓頂高度超差直接影響到車頂組裝車頂吊掛壁，車頂寬度等尺寸。在蘇州1號增購線0102車圓頂試制時，對工裝圓頂正裝反變形量焊接增加至8 mm，并按照文件進行焊接，焊接后車頂內高偏小約6 mm。

4.2 焊接變形控制措施

4.2.1 預加合適的反變形

通常控制焊接變形的方法有焊前預變形及焊后矯正。前一種方法更主動和有效。鋁合金車體的縱向焊接變形往往通過機械拉伸和加熱預拉伸兩種凡是得到，而橫向焊接變形往往需要借助壓鐵、真空吸盤和大剛度卡具等才能實現。根據0102車預加8 mm反變形后，尺寸仍不滿足的情況，繼續調整圓頂反變形，尋求合適的反變形量。根據對蘇州1號線增購線第1、2列圓頂數據的跟蹤，焊前預制反變形量在24 mm時，圓頂內高尺寸能夠滿足工藝文件（567～574） mm要求。

4.2.2 采用剛性固定法

蘇州1號線車頂由4塊圓頂板模塊插接而成，依靠3條對接焊縫連接，焊接過程中變形主要來自于與對接焊縫相垂直的橫向收縮，圓頂結構與邊梁采用搭接形式。對圓頂板進行剛性固定焊接。反裝組焊工裝一端是死定位端，一端是橫向氣動夾緊裝置，可保證圓頂對接焊縫的焊接間隙控制在0～1 mm范圍內。

此外，工裝兩側的長壓臂在內側，短壓臂在外側，用定位銷將壓臂固定，以此來控制圓頂與邊梁的搭接焊縫間隙，通過剛性固定法來限制焊件變形。

4.2.3 優化焊接參數

焊接工藝參數中的焊接電流及焊接速度直接影響焊接線能量的大小，最終控制著焊接變形的產生，制定合理的焊接工藝參數可以很大程度上減少焊接變形量[2]。通過將圓頂板焊接電流由220 A，電壓23.0 V調整為由180 A，電壓20.4 V；將圓頂與邊梁焊接電流由135 A，電壓18.0 V調整為由180 A，電壓21.0 V，能更好的保證車頂焊接質量，減少焊接變形。

5 結 語

通過分析蘇州一號增購線車頂的組焊工藝，結合其試制中產生尺寸超差等問題，提出了相應的工藝措施和解決方法，采用優化焊接工藝參數、調整焊槍角度、預制反變形措施，有效的控制了車頂自動焊焊接變形量，保證車頂圓頂的焊接質量，為后續生產提供了借鑒。

參考文獻：

[1] 劉志平，胡文浩，劉春寧.高速動車組鋁合金車體自動焊接工藝研究[J].

熱加工工藝，2012，（7）.

[2] 周萬盛，姚君山.鋁及鋁合金的焊接[M].北京：機械工業出版社，2006.