跨坐式單軌車車頂制造工藝研究

南京雷爾偉新技術(shù)股份有限公司 江蘇 南京 210061

前言

隨著軌道交通的飛速地發(fā)展，城市軌道交通申報(bào)建設(shè)地鐵條件苛刻（地方財(cái)政：100億元以上，生產(chǎn)總值達(dá)到1000億元以上，城區(qū)人口在300萬(wàn)人以上），且造價(jià)較高，而二線、三線城市申報(bào)輕軌建設(shè)，相對(duì)容易便捷，從而給跨坐式單軌車帶來(lái)了巨大的市場(chǎng)潛力，造價(jià)相對(duì)地鐵較低，易申報(bào)。

跨坐式單軌車最高運(yùn)營(yíng)速度80km/h，儲(chǔ)存環(huán)境溫度：-40℃～70℃；環(huán)境溫度：-35℃～45℃；工作環(huán)境濕度≤90%。

1 車頂設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)方案

1.1 車頂設(shè)計(jì)圖紙

跨坐式單軌車項(xiàng)目由龐巴迪公司（BOMBARDIER）原型設(shè)計(jì)，車頂原材料采用鋁合金型材焊接（MIG）。

圖1 車頂成品圖

1.2 車頂成品技術(shù)要求

（2）焊縫要求：根據(jù)EN15085標(biāo)準(zhǔn)，認(rèn)證等級(jí)為CL1，焊縫質(zhì)量等級(jí)為CPC2；車頂共由5種斷面組成，共9塊型材拼裝而成，8條焊縫；焊縫長(zhǎng)度達(dá)10m以上，焊縫接頭形式分別為插接對(duì)接焊縫和插接角接焊縫組成；因控制車體的輕量化，車頂型材設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)較薄，焊接變形較難控制；故對(duì)車頂焊接變形展開研究，已達(dá)到控制產(chǎn)品焊接變形[1]。

1.3 車頂生產(chǎn)工藝方案

邊梁焊接：

將車頂（①與②）、（⑧與⑨）兩種型材組裝在焊接工裝上，調(diào)節(jié)好焊接間隙并做好焊接前的反變形控制。

車頂板焊接：

將車頂（④、⑤、⑥）三種型材組裝在焊接工裝上，調(diào)節(jié)好焊接間隙并做好焊接前的反變形控制。

車頂總成：

將車頂【（①與②）、（④、⑤、⑥）、（⑧與⑨）與③、⑦，】三種型材組裝在焊接工裝上，調(diào)節(jié)好焊接間隙并做好焊接前的反變形控制。

邊梁焊接，車頂板焊接，車頂總成通用生產(chǎn)工序如下：

后兩個(gè)測(cè)點(diǎn)C、D相對(duì)于車輛懸浮架的坐標(biāo)分別為 (x3,z3) 、 (x4,z4)。通過(guò)C、D兩點(diǎn)做直線，同理可得直線方程：

（1）將車頂邊梁段焊處理，段焊長(zhǎng)度30～60mm，間距300mm，其次反面段焊處理。

（2）正面、反面采用自動(dòng)焊焊接。

（3）反面采用自動(dòng)焊焊接，焊接順序如上述順序焊接。

（4）焊縫打磨、調(diào)修、檢測(cè)。

模塊化生產(chǎn)，最終總組，部件生產(chǎn)焊后變形控制，部件尺寸可控，通過(guò)多次驗(yàn)證，可做到部件焊后局部調(diào)修，整體焊接后無(wú)須調(diào)修處理；探索了6005A-T6材料的性能并摸索出一套可實(shí)施的量產(chǎn)工藝方案。

2 材料的選型及性能參數(shù)

設(shè)計(jì)開發(fā)選擇原材料，母材選用：6005A-T6，近年來(lái)軌道交通普遍認(rèn)可的中等強(qiáng)度的Al-Mg-Si系鋁合金，具有較好的熱擠壓型和耐腐蝕性；在城市軌道交通，追求輕量化、綠色化的選材原則，該材料推動(dòng)了城市軌道交通的進(jìn)步[2]；見(jiàn)：表1、表2。

奠定設(shè)計(jì)開發(fā)完成的基礎(chǔ)上，進(jìn)行工藝開發(fā)，工藝開發(fā)選用焊絲ER 5356、惰性保護(hù)氣體選用高純氬：99.999%，具體見(jiàn)表3、表4。

表1 母材 6005A-T6鋁合金化學(xué)成分（%） 參照標(biāo)準(zhǔn)：EN 573-3

表2 母材6005A-T6鋁合金機(jī)械性能（%） 參照標(biāo)準(zhǔn)：EN 755-2

表3 主材 ER 5356焊絲化學(xué)成分（%） 參照標(biāo)準(zhǔn)：ISO18273

表4 保護(hù)氣體 氬（%） 參照標(biāo)準(zhǔn)：GB/T4842

3 參數(shù)的選擇[3]

焊接環(huán)境：溫度≥10℃，濕度≤70%；鋁合金焊絲儲(chǔ)存溫度≥18℃，濕度≤60%。

焊接參數(shù)：

4 反變形控制

（1）車頂邊梁（①與②）、（⑧與⑨）組裝，先正面焊接，再反面焊接，車頂采用啟動(dòng)壓頭加緊四個(gè)邊梁角，車頂反面焊接變形內(nèi)凹，但通過(guò)正面焊接不考慮給車頂施加外界力的情況下，正面變形遠(yuǎn)大于背面焊接變形，為了能夠控制住焊接變形，并減少焊后的調(diào)修量，通過(guò)多次試驗(yàn)摸索；確定焊前反變形控制參數(shù)，將工裝中部可調(diào)節(jié)板調(diào)高35±2mm，在車頂兩端300mm處施加100kg的外力控制邊梁的變形，焊接完成后，待完全冷卻后再拆卸車頂邊梁，完全拆除后車頂邊梁撓度約下凹5-10mm；待車頂總成焊接后，采用撓度做總成后的反變形；詳見(jiàn)車頂邊梁反變形示意圖

車頂邊梁反變形示意圖

車頂板反變形示意圖

（2）車頂板（①與②）、（⑧與⑨）組裝，先正面焊接，再反面焊接，車頂板四周采用氣動(dòng)缸壓緊，施加80Kg的外力，車頂板中間部位支撐板調(diào)高12-15mm使車頂達(dá)到內(nèi)凹的狀態(tài)，先焊接內(nèi)側(cè)焊縫，再焊接外側(cè)焊縫，待完全冷卻后再拆卸車頂板，完全拆除后車頂板實(shí)際輪廓比理論輪廓小2mm；采用木槌敲擊焊縫部位，釋放焊接的殘余應(yīng)力；詳見(jiàn)車頂板反變形示意圖。

（3）將車頂【（①與②）、（④、⑤、⑥）、（⑧與⑨）與③、⑦】型材組裝在焊接工裝上，首先正反面進(jìn)行段焊處理，段焊長(zhǎng)度30-60mm，間距300mm；段焊后采用銑刀將焊縫及起弧收弧位置缺陷清理干凈，為控制焊接變形，正裝狀態(tài)將車頂圓弧板上調(diào)35mm，兩側(cè)采用螺旋絲桿壓緊，壓緊力約120kg/根，先焊外側(cè)焊縫待完全冷卻后再焊接內(nèi)側(cè)焊縫，焊接后撓度下榻約3-10mm(下榻已調(diào)修，上翹難以調(diào)修且變形無(wú)法控制)[4]。

車頂壓緊狀態(tài)示意圖

5 車頂火焰預(yù)熱和調(diào)修工藝及過(guò)程控制

車頂母材選用：6005A-T6中等強(qiáng)度的Al-Mg-Si系鋁合金材料，材料厚度3mm，按照TB/T3259動(dòng)車組用鋁及鋁合金焊接技術(shù)條件中7.6條款要求板厚大于等于8mm時(shí)宜進(jìn)行預(yù)熱，所以鋁合金車頂在溫濕度正常條件下不進(jìn)行預(yù)熱；

焊接后車頂輪廓度、撓度需要調(diào)修處理；調(diào)修考慮機(jī)械方法或加熱方法對(duì)其進(jìn)行矯正；最終考慮到車頂規(guī)格尺寸較大，外界施加壓力難度較大且車頂型材壁厚較??；外界施加壓力，車頂型材表面易產(chǎn)生壓痕和凹陷；且在外界不施加外力的情況下，可通過(guò)火焰加熱的方法使車頂矯正至符合設(shè)計(jì)要求[5]。

火焰加熱的溫度、時(shí)間見(jiàn)下表：

6 結(jié)束語(yǔ)

車頂模塊化生產(chǎn)，焊接變形控制通過(guò)多個(gè)產(chǎn)品生產(chǎn)試制過(guò)程中摸索出的經(jīng)驗(yàn)，聽過(guò)反變形控制，選擇最合適的工藝參數(shù)；

焊接參數(shù)通過(guò)驗(yàn)證制作WPQR、PWPS、WPS進(jìn)行驗(yàn)證，最終摸索出可靠的，能夠形成批量生產(chǎn)的一套生產(chǎn)焊接參數(shù)；

調(diào)修通過(guò)火焰加熱水冷的方式，通過(guò)熱脹冷縮的原理，矯正車頂?shù)幕《群蛽隙燃跋腋?；以達(dá)到最終交付的狀態(tài)；

成功地開發(fā)，跨坐式單軌車項(xiàng)目已成功交付于各大國(guó)內(nèi)外項(xiàng)目，如蕪湖單軌、泰國(guó)黃粉線、埃及開羅等等，車頂成功的開發(fā)提升了團(tuán)隊(duì)的經(jīng)驗(yàn)，并將經(jīng)驗(yàn)傳遞至APM車、地鐵項(xiàng)目車頂?shù)鹊取?/p>