100%低地板现代有轨电车项目车顶空调框焊接方法分析

李维　梁玉姣

摘要：100%低地板现代有轨电车显著的特点是造价低、节能环保，其轨道可直接在现有的马路上铺设，车辆在地面停靠，造价成本仅为地铁的1/4～1/3，并且建设工期短、污染少。本文将重点分析100%低地板现代有轨电车车顶空调安装框的焊接方法，控制焊接变形，满足外置空调设备的安装要求。

关键词：100%低地板现代有轨电车；车顶空调框；焊接变形；反变形

1 前言

唐车公司自主创新设计的100%低地板现代有轨电车车体主要由底架、侧墙、端墙、车顶等大部件构成，其中车顶由边顶和圆顶搭接手工焊接z5角焊缝，在车顶二位端设计有3个空调安装框，在车体组装工序安装外置空调机组设备。试制首列100%低地板现代有轨电车时，第一辆车顶空调框采用外圈满焊内圈段焊的方式，由于焊接热输入量和设计结构的影响，造成空调框上表面焊后整体下塌（最大处11mm）。

分析造成上述问题的原因，最主要的两个因素是焊接热输入量和设计结构，空调框外圈z3满焊、内圈z3段焊，整圈满焊热输入量较大；设计结构方面，空调安装框坐落在圆顶上方，圆顶型材板厚2.5mm，并且在圆顶组焊完成后先机加工切除空调框坐落型腔，正好将型材内部的加强筋板切除，圆顶焊缝也被切除（切除后，此位置无法通过火焰调修的方式调整空调框平面度）。综合上述两种因素，生产出合格的车顶部件，满足空调机组设备的安装要求是车顶制造过程中的难点，本文将如何控制空调框焊后平面度问题进行分析与论述。

依据设计图纸要求，车顶上方3个空调安装框处于同一水平面，且平面度不允许超过5mm。只有生产出这样精度尺寸的车顶部件才能满足空调机组的安装工作，在5mm之内相差的平面度现象可以通过增加垫片等措施进行校正。

2 控制焊接变形方法

所有材质的焊接部件，焊接后都会有不同程度的变形发生，特别是铝合金材质，焊接变形相对较大，只是单纯的通过机械外力等措施消除焊接变形是无法实现的，并且焊接焊缝的区域呈现收缩状态。面对上述事实，既然无法消除变形，只能尽量控制变形，控制焊接变形可以通过施加焊前反变形、增加临时加强结构、减少热输入量、改变焊接顺序四方面进行实施。

2.1 预加反变形

预加反变形的意义是在焊接前将变形相反的方向施加一定的力或者位移，焊接过程中抵消一部分焊接收缩变形，进而减少焊接变形量。经过分析，车顶空调框焊后会出现下塌现象，因此，预加的反变形使车顶凸起。

2.2 增加临时加强结构

圆顶加工中间的大型腔加工后正好将型材自带的加强筋板加工切除掉，从侧面观察可以看到加工之后的母材就出现了凹凸变形，使用F卡卡紧空调安装框和圆顶紧固，两者之间间隙要求不超过0.5mm，如果按照卡紧后的状态进行焊接，由于在型腔内没有起支撑作用的加强筋板，2.5mm厚度的圆顶薄板型材会出现严重的下塌变形，导致空调安装框上表面平面度无法满足安装空调的要求。因此，为了减小此处的变形，加工切除一块200x80mm的不锈钢板，厚度与型腔厚度相同，将此不锈钢板放入无筋板的型腔内，由于不锈钢板与铝合金材质不能相互熔合，所有焊接完成后可以顺利取出不锈钢板，只起到临时加强的作用。不锈钢板放入型腔后，使用F卡卡紧圆顶、不锈钢板、空调安装框，确保角焊缝间隙不超过0.5mm，在焊接过程中不锈钢垫板既可以托住薄板焊接焊洇的铝水，防止焊接缺陷，又可以临时连接型腔上、下面的薄铝板，在焊接过程中起到加强的作用，一定程度上可以减少焊接下塌变形。

2.3 减少热输入量

根据输入量计算公式：Q=UI/V（其中Q为单位长度焊缝的热输入量，U为电弧电压，I为焊接电流，V为焊接速度），可以得出如下结论，减少热输入量的方法：减小电弧电压、减小焊接电流、提高焊接速度，电弧电压小幅度的减小，提高焊接速度容易造成焊角不满足强度要求，此问题能通过减小焊接电流来减小焊接热输入量，首辆车的焊接电流为160～180A，此电流是通过实验和焊缝内部检验确定合格的焊接电流，发现电流过大时决定减小电流，在实验室不断尝试，最终将电流减小至110～130A，焊缝内部熔合较好，满足强度要求。焊接电流的减小，有效减少了焊接热输入量，减少热量约1/4，在一定程度上减少了焊接变形的大小。

2.4 改变焊接顺序

焊接顺序可以影响焊接热量的集中，改变焊接顺序，最大程度散发焊接的热量，使局部温度降至最低。本着如下原则制定合理的焊接顺序：按照先焊接短焊缝，后焊接长焊缝，交错焊接，控制焊接温度，长焊缝由中间向两侧焊接的顺序进行焊接，焊接一部分后待冷却至室温再继续焊接，分段焊接的长度不超过200mm。

2.5 焊后空调框平面度检测

待空调框所有焊缝焊接完成并且冷却至室温后，使用水平尺和塞尺测量空调框上表面平面度，跟踪测量多个车的平面度，第1辆、第2辆车采用原始的工艺方法，焊后上表面平面度达到9mm，严重影响了空调机组的安装工作，从第3辆车开始采用新的工艺方法，起初虽然满足设计工艺要求，但是提升的空间很大，通过逐渐的完善，后续的几辆车可以实现1mm，大大提高了产品质量。

3 结论

按照新的工艺方法装配焊接空调框，焊后使用水平尺、塞尺测量，平面度可实现在2mm范围内，满足空调机组的安装工作，高标准地保证了产品质量，为确保100%低地板现代有轨电车的完美交出、完美运行提供了前期保障。