关于铝合金车顶模块的研制

刘菲菲，宋恒昌，郭雪艳

（丛林集团有限公司，山东 龙口 265705）

铝合金车体承载结构采用与大型中空铝合金型材组焊而成，车体为整体承载结构，由底架、侧墙、车顶、端墙、司机室组成；

铝合金车顶为铝合金车体的重要组成部分，具有重量轻，耐腐蚀的特点。随着铝合金型材的广泛应用，铝合金车体结构具有轻量化、便于检修、工艺性佳的优点。

1 组成结构

车顶组成由受电弓安装组成、空调安装组成、车顶板、废排安装座组成，车顶板采用大型通长双面挤压铝合金型材插接结构，材质均为EN AW-6005A-T6，采用纵向拼接整体焊缝；通长挤压型材上适当位置设的T型槽，用于顶板等内装部件的安装。车顶外表面设置空调安装座用于空调的安装。本车采用空调安装座结构，无空调平台结构。在Mp车一位端设置受电弓安装座，用于受电弓安装。

此铝合金车顶结构优点：通用性强，强度大，刚度高，抵抗变形能力强，可以实现规模化生产，提高生产效率。

2 工艺

铝合金车顶焊后对轮廓度有严格的要求，而产品经过焊接后一定会产生不同程度的变形，因此，需要制作工作试件，测量焊缝收缩量和焊接变形量，根据记录的数据，综合焊接质量，确定焊接组装尺寸；为了控制焊接变形，保证工件焊后尺寸，为此制作铝合金车顶自动焊接工装，同时，需要在作业规范中明确反变形量。为避免热输入过大和集中，制定合理的焊接参数和焊接顺序。

为保证铝合金车顶受电弓、空调等部件的安装，对受电弓安装座、空调安装座、密封槽口分别采用了不同的工艺措施，以抵消焊接变形的影响。

2.1 生产工艺流程

（1）车顶板组装工艺流程：

（2）车顶板焊接工艺流程：

（3）铝合金车顶调修

（4）车顶整体加工

（5）车顶零件组焊：

工序流程图

2.2 铝合金车顶自动焊接工装

铝合金车顶自动焊接工装采用正反位焊接的设计结构，为可调式焊接工装(见图1、图2)，能够根据产品宽度和高度的不同，进行快速调节，将反变形量调整结构设置成螺栓调解方式，可以实现反变形量的灵活精确调整，方便更换，以适应不同弧形的产品[1]。

铝合金焊接工装结构包括焊接横梁、符形板支座、支撑车顶型材的符形板、横梁两侧的压紧装置，其中反位自动焊焊接工装包括反变形丝顶。符形板支座，是连接横梁与符形板的装置；支撑符形板时将工艺放量计算在内，为了更好的贴合组对时车顶轮廓度；为了避免铝合金车顶的划伤，需增加尼龙块，厚度不小于30mm,以避免对工件的划伤。通过这些方案可以实现：

（1）保证铝合金车顶组焊宽度方向的放量尺寸；

（2）保证车顶的轮廓度，减少焊接变形；

（3）工装结构简单，铝合金车顶组装便捷，成本低，效率高。

图1 铝合金车顶焊接工装-正位

图2 铝合金车顶焊接工装-反位

2.3 制造过程

（1）利用车顶专用吊具将车顶型材依次吊入车顶正位组焊工装上。使用5m钢卷尺检查车顶宽度，使车顶宽度满足（+8，+10）mm,车顶外轮廓与R形样板间隙不大于2mm。压紧侧面压紧装置，使车顶板与工装符形板调整车顶正组工装,检查车顶宽度和轮廓度,使车顶宽度和车顶轮廓尺寸满足公差要求。压紧侧面压紧装置,使车顶板与工装模板贴合。保证车顶板插口上下错边量不大于0.5mm，若错边量超差，在车顶板与工装之间增加不锈钢薄垫片进行调整至符合要求。定位焊道20mm范围进行焊前清理,清除铝合金表面氧化膜,铝合金表面打磨露出金属光泽。采取最优的自动焊接程序，先焊接焊道2、3，再焊接1、4（见图3），根据焊接规范要求焊接车顶外侧焊缝。焊接完成后清理黑灰，冷却至室温后，松开各处压紧。

图3 正位焊缝示意图

（2）翻转、吊运铝合金车顶至车顶反面自动焊接工装上，用卡兰将车顶向工装拉靠，保证车顶下部与工装限位靠齐。调节6、7焊缝位置反位焊接工装反变形装置丝顶高度，调节至15mm。采取最优的自动焊接程序，先焊接焊道6、7，在焊接5、8（见图4），根据焊接规范要求焊接车顶反位焊缝。焊接完成后清理黑灰，冷却至室温后，松开各处压紧。通过丝顶预设焊接反变形，以及焊接顺序的控制，减少铝合金车顶轮廓度的焊接变形量。

图4 反位焊缝示意图

（3）吊运铝合金车顶至调修胎位，使用焊炬对车顶轮廓间隙＞4mm的区域进行火焰调修。火焰调修采用火焰局部加热同时使用水枪进行水冷的方式进行。火焰调修加热采用点或线加热法，对凸起的焊缝位置进行火焰加热调修。调修火焰方向应垂直焊缝，枪嘴端部与焊缝之间保持（20-25）mm的距离。火焰与水流间距控制在(30～50)mm之间。加热温度不大于250℃,火焰加热时行进速度均匀,同一部位加热不超过2分钟。使用车顶轮廓度样板检测间隙不大于4mm，密封槽口位置处预留5至7mm样板间隙，为密封槽焊接预留反变形。

（4）从车顶横向和纵向中心线分别测量出空调安装座和受电弓尺寸。通过设计空调靠模（见图5）、受电弓靠模控制空调安装座组成、受电弓安装座组成的平面度≤2mm、对角线≤2mm。利用空调靠模保证密封槽与空调安装座的高度公差（-3，+1）mm。

图5 空调靠模

3 焊缝质量控制

3.1 制作工作试件

模拟实物焊制接头试样，通过焊制工作试件（见图6、图7），验证了焊接工艺参数、焊工操作技能及接头设计的合理性，更好的保证了焊接质量，使焊缝达到规定的质量等级要求。

图6 T型接头宏观形貌

图7 对接接头宏观形貌

3.2 焊缝设计及过程控制

对每条焊缝的工艺评定、工艺规程的识别和匹配，并对工作试件及人员资质需求进行分析。根据验证结果，编制焊接工艺规程、焊缝明细，需要的焊接人员资质等文件，并下发车间，焊接过程必须严格按照工艺要求控制到位，保证焊接质量的稳定性与可靠性。

该产品质量要求较高，在焊前、焊中、焊后检验贯穿于焊接全过程，及时发现缺陷，对超标缺陷进行返修，确保焊接结构制造质量，保证车辆安全运行[2]。

4 效益

（1）研制最优的铝合金车体型材的焊接顺序。

（2）设计出理想的快速更换线路焊接工装，提高了工作效率，减轻了劳动强度。

（3）运用反变形技术，有效解决铝合金焊接易变形的难点，大大降低调修成本。