雙層鋁合金車(chē)體焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

張碩韶，于金朋，張錦華

（中車(chē)唐山機(jī)車(chē)車(chē)輛有限公司，河北 唐山 063035）

雙層鋁合金車(chē)體焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

張碩韶，于金朋，張錦華

（中車(chē)唐山機(jī)車(chē)車(chē)輛有限公司，河北 唐山 063035）

依照雙層鋁合金車(chē)體總體設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，以車(chē)輛動(dòng)態(tài)包絡(luò)線作為車(chē)體斷面設(shè)計(jì)的約束條件，進(jìn)行車(chē)體的三維設(shè)計(jì)和詳細(xì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，按照EN 15085的焊接標(biāo)準(zhǔn)要求優(yōu)化雙層鋁合金車(chē)體焊接結(jié)構(gòu)，同時(shí)對(duì)車(chē)體母材與焊接材料進(jìn)行優(yōu)化匹配。經(jīng)車(chē)體靜強(qiáng)度試驗(yàn)驗(yàn)證，優(yōu)化后的焊接接頭型式減少了車(chē)體大部件和車(chē)體總成的焊接變形，適合車(chē)體的模塊化制造需求。通過(guò)計(jì)算車(chē)體靜強(qiáng)度，證明250km/h雙層鋁合金試驗(yàn)車(chē)體的強(qiáng)度符合EN 12663要求，產(chǎn)品的安全性、可靠性滿足歐洲鐵路客車(chē)強(qiáng)度規(guī)范。

雙層鋁合金車(chē)體；結(jié)構(gòu)優(yōu)化；焊接接頭；靜強(qiáng)度

0 前言

依照雙層鋁合金車(chē)體總體設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，以車(chē)輛動(dòng)態(tài)包絡(luò)線作為車(chē)體斷面設(shè)計(jì)的約束條件，進(jìn)行車(chē)體的三維設(shè)計(jì)和詳細(xì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，依照自頂向下的設(shè)計(jì)方法，對(duì)雙層鋁合金車(chē)體的焊接結(jié)構(gòu)進(jìn)行分拆，按照車(chē)體技術(shù)條件要求，實(shí)現(xiàn)車(chē)體的方案優(yōu)化設(shè)計(jì)和工程化設(shè)計(jì)。按照歐洲焊接標(biāo)準(zhǔn)EN 15085[1]進(jìn)行雙層鋁合金車(chē)體設(shè)計(jì)，對(duì)車(chē)體母材與焊接材料進(jìn)行優(yōu)化匹配，母材選用的鋁合金材料為符合DIN 5513[2]標(biāo)準(zhǔn)的5000系和6000系，焊接材料按照ISO 18273[3]標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行選擇。鋁型材的焊接接頭型式滿足焊接工藝性并符合EN 15085標(biāo)準(zhǔn)，型材設(shè)計(jì)多為基材與焊接墊板合成一體的型式，這種接頭型式能夠提高焊接件的裝配效率，且很好地保護(hù)焊接熔池，提高焊接質(zhì)量。車(chē)體的焊接接頭型式設(shè)計(jì)滿足成熟制造工藝的要求。經(jīng)車(chē)體有限元計(jì)算，其靜強(qiáng)度符合EN 12663：2000《鐵路應(yīng)用——軌道車(chē)輛車(chē)體結(jié)構(gòu)要求》[4]及《200 km/h及以上速度級(jí)鐵道車(chē)輛強(qiáng)度設(shè)計(jì)及試驗(yàn)鑒定暫行規(guī)定》[5]的要求。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，車(chē)體各處的檢測(cè)應(yīng)力均小于母材及焊縫的彈性極限，符合設(shè)計(jì)技術(shù)要求。

1 客車(chē)主要技術(shù)參數(shù)

根據(jù)總體技術(shù)規(guī)范的要求，全列車(chē)采用4動(dòng)4拖共8輛編組，正線持續(xù)運(yùn)行速度250 km/h，列車(chē)試驗(yàn)最高速度大于275 km/h。車(chē)體是由多組中空的大型鋁型材拼裝焊接而成，結(jié)構(gòu)為整體承載型式，車(chē)體具有足夠的剛度，同時(shí)其減振、隔音效果良好。通過(guò)優(yōu)化車(chē)體各型材斷面和各大部件連接結(jié)構(gòu)，可減少制造誤差，并提高車(chē)體表面質(zhì)量。優(yōu)化后的模塊化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)適合設(shè)備的安裝，并簡(jiǎn)化組裝制造工藝，客車(chē)經(jīng)優(yōu)化的相關(guān)主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 客車(chē)主要技術(shù)參數(shù)

2 鋁合金車(chē)體母材、焊接材料及接頭型式的選擇

2.1 鋁合金車(chē)體母材

車(chē)體用鋁型材主要選用5000系和6000系鋁合金，所用鋁合金符合DIN 5513標(biāo)準(zhǔn)要求，具有良好的可焊性，其強(qiáng)韌性、可加工性能和及T4狀態(tài)下的彎曲成形等綜合性能良好。按照車(chē)體各大部件對(duì)鋁合金型材及板材的特殊要求，詳細(xì)劃分5000系和6000系鋁合金材料及其熱處理狀態(tài)。

EN AW-5083鋁合金特性優(yōu)良，有良好的抗腐蝕性和焊接性能。該材料主要有H111和H321兩種熱處理狀態(tài)，在H111下可塑性較好，但擠壓加工性能較差，較難獲得薄壁中空型材。底架前端車(chē)鉤箱上蓋板、底架前端與底架地板的連接板均釆用強(qiáng)度較高的H321狀態(tài)的EN AW-5083鋁合金。

ENAW-6005A鋁合金強(qiáng)度適中，與ENAW-6082及EN AW-6061鋁合金材料相比具有良好的擠壓加工性能，能夠擠壓加工出形狀較為復(fù)雜的型材產(chǎn)品，尤其是適合擠壓薄壁中空型材。車(chē)體主結(jié)構(gòu)斷面的底架邊梁、車(chē)頂、側(cè)墻等通長(zhǎng)中空型材均選用EN AW-6005A鋁合金，熱處理狀態(tài)為T(mén)6；側(cè)墻、車(chē)頂端部彎梁及端墻頂部彎梁等彎曲件均選用EN AW-6005A鋁合金型材，熱處理狀態(tài)為T(mén)4，先在T4狀態(tài)下彎曲加工，然后進(jìn)行人工時(shí)效熱處理達(dá)到T6穩(wěn)定狀態(tài)。

EN AW-6082鋁合金經(jīng)熱處理后的強(qiáng)度較高，適合擠壓板材和中空型材，在T4狀態(tài)下具有良好的模鍛性能，同時(shí)其耐腐蝕性能良好，采用MIG和TIG焊接方法時(shí)焊接性能良好，其機(jī)械性能也很好。底架前端的車(chē)鉤箱下蓋板采用EN AW-6082鋁合金板材，熱處理狀態(tài)為T(mén)6；底架H型牽引梁釆用EN AW-6082鋁合金型材，熱處理狀態(tài)也為T(mén)6。

車(chē)體用鋁合金材料及其性能如表2所示。

表2 車(chē)體選用的材料及其性能

2.2 焊接材料

動(dòng)車(chē)組車(chē)體是全鋁合金焊接結(jié)構(gòu)，由型材和板材拼焊而成。鋁合金焊接接頭尤其是焊接熱影響區(qū)，其機(jī)械性能與母材相比有明顯下降，通常T6狀態(tài)下的鋁合金焊接接頭與母材相比，其機(jī)械強(qiáng)度下降超過(guò)30%，經(jīng)試驗(yàn)證明，6061-T6鋁合金焊接接頭的抗拉強(qiáng)度約為母材初始抗拉強(qiáng)度值的0.59倍[6]，所以為保證焊接接頭的質(zhì)量，需選用與母材匹配的焊接材料。

選擇焊接填充材料以下幾個(gè)因素最為重要：（1）合金成分與母材的化學(xué)成分相兼容，例如減少焊接裂紋出現(xiàn)的可能性。（2）焊接接頭機(jī)械性能的需求（綜合考慮焊接接頭熱影響區(qū)和焊縫區(qū)）。（3）焊接件的后處理需求，如陽(yáng)極氧化處理、裝飾拋光等表面處理。（4）接頭耐腐蝕性的要求。（5）最佳焊接性。

綜上所述，挑選符合ISO 18273標(biāo)準(zhǔn)的匹配性良好的焊接填充材料來(lái)保證焊接接頭的機(jī)械性能，其化學(xué)名稱(chēng)為AlMg4.5MnZr，金屬牌號(hào)為Al 5087。經(jīng)焊接工藝評(píng)定，該焊接填充材料符合設(shè)計(jì)要求。

2.3 焊接接頭型式

車(chē)體中空鋁型材及板式鋁型材主要采用接頭A和接頭B兩種焊接接頭型式，如圖1和圖2所示。

圖1 接頭型式A

圖2 接頭型式B

接頭A和接頭B兩種焊接接頭型式因其自帶熔池保護(hù)墊板，在焊接件裝配時(shí)省去了安裝焊接墊板的時(shí)間，使焊接組對(duì)裝配效率提高。

這兩種接頭型式因墊板與母材自成一體，形成空腔，能夠?yàn)楹附尤鄢靥峁┖芎玫谋Ｗo(hù)作用，同時(shí)因型材焊接時(shí)帶焊接墊板，且墊板凹槽與母材形成一致斷面，能夠提高焊接質(zhì)量。

這兩種接頭型式因墊板對(duì)組件裝配有一定的限位作用，從而提高了焊接前的裝配精度，保證接頭焊縫余高均勻和焊縫區(qū)熔深達(dá)到設(shè)計(jì)要求，在使焊縫表面美觀的同時(shí)又提高了焊接質(zhì)量。

3 雙層鋁合金車(chē)體結(jié)構(gòu)

3.1 車(chē)體總成

車(chē)體是由多組中空的大型鋁型材拼裝焊接而成，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成整體承載型式，車(chē)體具有足夠的垂向和扭轉(zhuǎn)剛度，同時(shí)其減振、隔音效果良好。車(chē)體各大部件包括側(cè)墻、底架、車(chē)頂、二層地板及端墻，所選材料均為可焊性良好的鋁合金，既具有良好的防腐性能，又滿足焊接工藝要求。車(chē)體斷面設(shè)計(jì)成為三層結(jié)構(gòu)型式以滿足雙層客車(chē)的要求，車(chē)頂部位、車(chē)體側(cè)墻、二層地板的通長(zhǎng)型材焊接連接方式采用搭接型式，底架地板型材焊接連接方式采用插接型式。車(chē)體縱、橫向尺寸示意和車(chē)體斷面如圖3、圖4所示。

圖3 車(chē)體縱向尺寸

圖4 車(chē)體斷面

車(chē)體中部是由側(cè)墻、車(chē)頂、底架焊接而成的開(kāi)口筒形結(jié)構(gòu)，再由彎曲的連接板將端墻與其焊接形成封閉的筒形結(jié)構(gòu)，這種連接方式考慮到只要底架側(cè)墻、車(chē)頂?shù)拈L(zhǎng)度公差控制在合理范圍內(nèi)，就不會(huì)影響整個(gè)車(chē)體組成的長(zhǎng)度公差。以底架為基準(zhǔn)，通過(guò)修磨連接板的方式來(lái)消除車(chē)頂、側(cè)墻在長(zhǎng)度方向上與底架的尺寸誤差，將連接板的工藝寬度尺寸定為50 mm，較設(shè)計(jì)寬度40 mm增加10 mm作為工藝放量。連接及焊接形式如圖5所示。

圖5 端墻與車(chē)頂?shù)暮附有问?/p>

車(chē)體組成中車(chē)頂與側(cè)墻的連接為弧焊連接型式，是通過(guò)車(chē)頂下部型材與側(cè)墻上部型材相連接的在車(chē)頂下部型材內(nèi)側(cè)設(shè)有焊接墊板，在車(chē)頂與側(cè)墻裝配時(shí)能起到限位作用，在車(chē)頂下部型材外側(cè)設(shè)有傾斜焊接墊板，該墊板只有保護(hù)熔池的作用，不對(duì)側(cè)墻限位，便于側(cè)墻與車(chē)頂?shù)难b配，車(chē)頂下部和側(cè)墻上部的焊接連接型式如圖6所示。

圖6 側(cè)墻與車(chē)頂?shù)暮附有褪?/p>

由圖6可知，側(cè)墻中部與二層地板端部的連接為搭接型式，是二層地板搭接在側(cè)墻中部型材突出部上，通過(guò)上下角焊完成焊接。側(cè)墻中部型材向車(chē)內(nèi)延伸約300 mm，保證焊接二層地板上面的角焊縫時(shí)有足夠的空間，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)便于在橫向小幅度調(diào)整焊縫位置，使焊縫位于型材剛度較大處，從而減少焊接變形，圖7為二層地板與側(cè)墻的連接型式。

圖7 二層地板與側(cè)墻的焊接形式

3.2 底架組成

底架主要由一位端底架、二位端底架、邊梁和中部底架組成，端底架由端地板和緩端部組成，中部底架主要由底層地板、一位端端板、二位端端板組成。底架邊梁為縱向通長(zhǎng)型式，兩端與一、二位端地板相連，中部與一、二位端板及底層地板焊接成一體。端板下部設(shè)有角形封口型材，底層地板端部設(shè)有槽形封口型材，通過(guò)連接板將端板與底層地板相連接。連接板比設(shè)計(jì)寬度增加10mm工藝放量，可以調(diào)整寬度尺寸，便于消除累積誤差，提高組裝效率，底架端板與底層地板的連接形式如圖8所示。

圖8 底架端板與底層地板的焊接形式

3.3 車(chē)頂組成

車(chē)頂是由側(cè)頂、高圓頂、端頂及平頂4個(gè)部件焊接而成，平頂由5塊中空型材焊接而成，其型材上下面及中間筋的材料較厚，均比高圓頂型材的厚度增加一倍，用于安裝受電弓等電器設(shè)備。高圓頂由3塊大型中空鋁合金型材拼焊而成，與側(cè)頂和端頂相連，端頂由兩塊直型材和一塊彎曲型材拼焊而成，與平頂、側(cè)頂和高圓頂相連。

3.4 側(cè)墻組成

側(cè)墻以地板支撐型材為界，其上部有3塊型材，下部有2塊型材，各型材通過(guò)插接接頭型式焊接在一起。側(cè)墻焊接完成經(jīng)調(diào)修達(dá)到平面度要求，在上層地板上、下各加工一排窗口。

3.5 端墻組成

端墻由3個(gè)組件拼焊而成，分別是中間墻板、角柱和頂端彎梁，角柱和頂端彎梁型材設(shè)有具有保護(hù)作用的焊接墊板，型材的墊板在靠近車(chē)體中心一側(cè)，在車(chē)體組成階段端角柱和端部彎梁通過(guò)連接板與側(cè)墻和車(chē)頂相連。

4 車(chē)體靜強(qiáng)度計(jì)算及方案改進(jìn)

4.1 靜強(qiáng)度計(jì)算

按照EN12663：2000《鐵路應(yīng)用—鐵路車(chē)輛車(chē)體結(jié)構(gòu)要求》對(duì)雙層鋁合金車(chē)體靜強(qiáng)度進(jìn)行分析計(jì)算，同時(shí)依照《200 km/h及以上速度級(jí)鐵道車(chē)輛強(qiáng)度設(shè)計(jì)及試驗(yàn)鑒定暫行規(guī)定》對(duì)車(chē)體氣密強(qiáng)度的要求進(jìn)行加載，強(qiáng)度計(jì)算的各載荷工況如表3所示。

表3 計(jì)算載荷工況

為了提高計(jì)算的準(zhǔn)確率，選用ANSYS對(duì)雙層鋁合金車(chē)體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行有限元分析，此軟件為大型通用軟件，以任意四節(jié)點(diǎn)薄殼單元為主構(gòu)成計(jì)算模型，部分輔以三節(jié)點(diǎn)薄殼單元。車(chē)體計(jì)算模型單元總數(shù)共計(jì)1 760 727個(gè)，模型節(jié)點(diǎn)總數(shù)1 386 807個(gè)。按照表3中縱向拉壓、垂向載荷、車(chē)端壓縮、超常載荷合成、復(fù)軌及運(yùn)用載荷等14種載荷工況，逐項(xiàng)對(duì)車(chē)體結(jié)構(gòu)進(jìn)行加載，第3種載荷工況下的車(chē)體應(yīng)力云圖如圖9所示。

圖9 車(chē)體應(yīng)力云圖

4.2 車(chē)體方案改進(jìn)

由于雙層鋁合金車(chē)體截面模量的增加提高了車(chē)體整體剛度，車(chē)體一階垂向彎曲振動(dòng)頻率達(dá)28.3，但在計(jì)算過(guò)程中發(fā)現(xiàn)仍然存在牽引梁區(qū)域和門(mén)角區(qū)域等高應(yīng)力區(qū)，為了有效降低這些部位的應(yīng)力水平，主要采用3種措施：一是優(yōu)化局部焊接接頭結(jié)構(gòu)型式；二是合理調(diào)整焊縫位置以避開(kāi)高應(yīng)力區(qū)；三是用高強(qiáng)度材料替代低強(qiáng)度材料來(lái)提高材料強(qiáng)度等級(jí)。在整個(gè)車(chē)體設(shè)計(jì)階段，根據(jù)分析計(jì)算結(jié)果，經(jīng)10余次結(jié)構(gòu)優(yōu)化，使車(chē)體高應(yīng)力區(qū)的應(yīng)力水平下降，滿足EN 12663強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)的要求。

計(jì)算結(jié)果顯示，在最大壓縮載荷復(fù)合工況即第三種工況下，靠近車(chē)鉤面板的牽引梁立面處應(yīng)力最高，應(yīng)力值為142.9 MPa，因?yàn)榇藚^(qū)域應(yīng)力最高處距牽引梁與車(chē)鉤面板的角焊縫很近，必須按焊縫的許用應(yīng)力值115 MPa校核靜強(qiáng)度，牽引梁立面處高應(yīng)力區(qū)如圖10所示。

根據(jù)上面計(jì)算結(jié)果可知，靠近車(chē)鉤面板處的牽引梁立面位于應(yīng)力最高區(qū)，需降低其計(jì)算應(yīng)力。為降低中間牽引立面的計(jì)算應(yīng)力，在車(chē)鉤安裝允許的情況下，將兩側(cè)的牽引各向中間移動(dòng)30 mm，以分擔(dān)中間牽引梁的縱向力；同時(shí)將牽引梁型材立面板厚由16 mm增加到22 mm。

圖10 底架牽引梁高應(yīng)力超標(biāo)區(qū)域

有限元計(jì)算結(jié)果顯示，結(jié)構(gòu)改進(jìn)后，在第三種工況下靠近車(chē)鉤面板的牽引梁立面處最高應(yīng)力值顯著下降，計(jì)算應(yīng)力值為85.7 MPa，小于焊縫的許用應(yīng)力值115 MPa，如圖11所示。

圖11 牽引梁應(yīng)力云圖

計(jì)算結(jié)果表明，在最大壓縮載荷復(fù)合工況即第三種工況下，側(cè)門(mén)口立柱與側(cè)墻上部型材的焊縫處應(yīng)力最高（123 MPa），超出焊縫許用應(yīng)力值115 MPa的允許范圍，計(jì)算結(jié)果如圖12所示。

因?yàn)閭?cè)門(mén)柱上方區(qū)域?yàn)槿T(mén)機(jī)構(gòu)所占用，很難通過(guò)增加補(bǔ)強(qiáng)件來(lái)降低側(cè)門(mén)柱頂端焊縫的應(yīng)力為降低上門(mén)角的計(jì)算應(yīng)力值，將側(cè)門(mén)柱下移30 mm在允許調(diào)整的范圍內(nèi)，使側(cè)門(mén)柱頂端焊縫遠(yuǎn)離門(mén)角的高應(yīng)力區(qū)，并加大側(cè)墻上部型材與側(cè)門(mén)柱頂端區(qū)域焊接的內(nèi)側(cè)壁厚，由4 mm增加到5 mm。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，在第三種載荷工況下，改進(jìn)后側(cè)門(mén)柱頂端焊縫的最大應(yīng)力值有一定程度的下降由123 MPa降到96 MPa，小于焊縫的許用應(yīng)力值115 MPa，如圖13所示。優(yōu)化車(chē)體焊接結(jié)構(gòu)后，整個(gè)車(chē)體母材和焊縫的計(jì)算應(yīng)力明顯下降，均小于各自的許用應(yīng)力，該車(chē)體靜強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果滿足EN12663標(biāo)準(zhǔn)的要求。

圖12 上門(mén)角應(yīng)力超標(biāo)位置

圖13 上門(mén)角應(yīng)力云圖

5 車(chē)體靜強(qiáng)度試驗(yàn)驗(yàn)證

在專(zhuān)用的車(chē)體靜強(qiáng)度試驗(yàn)臺(tái)上，按照表3所列的14種載荷工況，對(duì)車(chē)體進(jìn)行逐項(xiàng)加載。車(chē)鉤區(qū)域縱向壓縮載荷1 500 kN疊加垂向載荷1.3（m1+m2）復(fù)合工況試驗(yàn)照片如圖14所示。

在計(jì)算階段，發(fā)現(xiàn)端底架最大計(jì)算應(yīng)力超出許用應(yīng)力值的位置在牽引梁立面靠近車(chē)鉤面板處，因此作為重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域，試驗(yàn)時(shí)在此處粘貼了應(yīng)變片。應(yīng)變片位置為端部底架牽引梁根部與車(chē)鉤面板連接的焊縫處如圖15所示，試驗(yàn)結(jié)果顯示在第三種工況下E08位置處檢測(cè)應(yīng)力值為98MPa，小于許用應(yīng)力值115MPa。應(yīng)變片位置為側(cè)門(mén)口立柱與側(cè)墻上部型材的焊縫處如圖16所示，試驗(yàn)結(jié)果顯示在第三種加載工況下E171位置處檢測(cè)應(yīng)力值為110.7MPa，小于許用應(yīng)力值115 MPa。靜強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果顯示，各點(diǎn)檢測(cè)應(yīng)力值均小于許用應(yīng)力值，車(chē)體靜強(qiáng)度滿足歐洲軌道車(chē)輛標(biāo)準(zhǔn)EN 12663的要求。

圖14 車(chē)鉤區(qū)域縱向壓縮載荷1 500 kN+垂向載荷1.3（m1+m2）復(fù)合工況

圖15 端部底架牽引梁與車(chē)鉤面板焊縫處應(yīng)變片位置

圖16 側(cè)門(mén)柱頂端焊縫處應(yīng)變片位置

6 結(jié)論

經(jīng)過(guò)計(jì)算和試驗(yàn)證明，車(chē)體端底架、門(mén)角、窗角等應(yīng)力集中的區(qū)域尤其是這些區(qū)域的焊縫區(qū)，需要作為設(shè)計(jì)關(guān)注的重點(diǎn)。降低焊縫區(qū)的計(jì)算應(yīng)力，首先要使相鄰部件分擔(dān)高應(yīng)力區(qū)的作用力，充分提高材料利用率，同時(shí)也可以采用增加補(bǔ)強(qiáng)件、增加局部型材厚度等方式。

車(chē)體各大部件根據(jù)工藝、強(qiáng)度需求等綜合因素，按需要選用不同強(qiáng)度等級(jí)鋁合金材料的思路是合理的，采用靜強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果找出超標(biāo)應(yīng)力區(qū)，再輔以設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)來(lái)優(yōu)化焊接結(jié)構(gòu)的方法可行。經(jīng)計(jì)算和試驗(yàn)綜合驗(yàn)證，其強(qiáng)度滿足歐洲鐵路車(chē)輛強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)EN 12663的要求。

[1]EN 15085：2007.鐵路應(yīng)用—鐵道車(chē)輛及其部件的焊接[S].

[2]DIN 5513：2007.軌道車(chē)輛材料—鋁和鋁合金[S].

[3]ISO 18273：2004.焊接消耗品—鋁和鋁合金焊接用焊絲和焊條[S].

[4]BS EN 12663：2010.鐵路應(yīng)用—軌道車(chē)輛車(chē)體結(jié)構(gòu)要求[S].

[5]200 km/h及以上速度級(jí)鐵道車(chē)輛強(qiáng)度設(shè)計(jì)及試驗(yàn)鑒定暫行規(guī)定[S].

[6]李靜斌，張其林，丁潔民.鋁合金焊接節(jié)點(diǎn)力學(xué)性能的試驗(yàn)研究[J].土木工程學(xué)報(bào)，2007，40（2）：25-32.

Design of welding structure for double layer aluminum alloy train body

ZHANG Shuoshao，YU Jinpeng，ZHANG Jinhua
（Tangshan Railway Vehicle Co.，Ltd.，Tangshan 063035，China）

The 3D design and detailed structure design of the train body are carried out according to the requirements of overal design specifications for the double layer aluminum alloy train body and the constraint condition of taking vehicle dynamic envelop line as the design of train body section.The welding structure of double layer aluminum alloy train body is optimized according to EN 15085 standard welding requirements，in the meanwhile，the base material of train body and welding material are optimized an matched.The static strength test of train body shows that the optimized welded joint type not only reduces the welding deformation o the large parts and assembly of the train body but also meets the modular manufacturing demands of train body.By calculating th static strength of train body，it's proved that the strength of the double layer aluminum alloy train body with the speed of 250 km/meets the requirements of EN 12663，and its safety and reliability meet the strength specifications of European train.

double layer aluminum alloy train body；structure optimization；welded joint；static strength

TG457.14

A

1001－2303（2017）06－0088-07

10.7512/j.issn.1001-2303.2017.06.19

本文參考文獻(xiàn)引用格式：張碩韶，于金朋，張錦華.雙層鋁合金車(chē)體焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].電焊機(jī)，2017，47（06）：88-94.

2017-04-05；

2017-06-12

張碩韶（1967—），男，教授級(jí)高級(jí)工程師，學(xué)士，主要從事軌道客車(chē)車(chē)體研發(fā)工作。E-m ail：sjc-zhangshuo shao@tangche.com。