跨坐式单轨车车顶制造工艺研究

南京雷尔伟新技术股份有限公司 江苏 南京 210061

前言

随着轨道交通的飞速地发展，城市轨道交通申报建设地铁条件苛刻（地方财政：100亿元以上，生产总值达到1000亿元以上，城区人口在300万人以上），且造价较高，而二线、三线城市申报轻轨建设，相对容易便捷，从而给跨坐式单轨车带来了巨大的市场潜力，造价相对地铁较低，易申报。

跨坐式单轨车最高运营速度80km/h，储存环境温度：-40℃～70℃；环境温度：-35℃～45℃；工作环境湿度≤90%。

1 车顶设计结构方案

1.1 车顶设计图纸

跨坐式单轨车项目由庞巴迪公司（BOMBARDIER）原型设计，车顶原材料采用铝合金型材焊接（MIG）。

图1 车顶成品图

1.2 车顶成品技术要求

（2）焊缝要求：根据EN15085标准，认证等级为CL1，焊缝质量等级为CPC2；车顶共由5种断面组成，共9块型材拼装而成，8条焊缝；焊缝长度达10m以上，焊缝接头形式分别为插接对接焊缝和插接角接焊缝组成；因控制车体的轻量化，车顶型材设计结构较薄，焊接变形较难控制；故对车顶焊接变形展开研究，已达到控制产品焊接变形[1]。

1.3 车顶生产工艺方案

边梁焊接：

将车顶（①与②）、（⑧与⑨）两种型材组装在焊接工装上，调节好焊接间隙并做好焊接前的反变形控制。

车顶板焊接：

将车顶（④、⑤、⑥）三种型材组装在焊接工装上，调节好焊接间隙并做好焊接前的反变形控制。

车顶总成：

将车顶【（①与②）、（④、⑤、⑥）、（⑧与⑨）与③、⑦，】三种型材组装在焊接工装上，调节好焊接间隙并做好焊接前的反变形控制。

边梁焊接，车顶板焊接，车顶总成通用生产工序如下：

后两个测点C、D相对于车辆悬浮架的坐标分别为 (x3,z3) 、 (x4,z4)。通过C、D两点做直线，同理可得直线方程：

（1）将车顶边梁段焊处理，段焊长度30～60mm，间距300mm，其次反面段焊处理。

（2）正面、反面采用自动焊焊接。

（3）反面采用自动焊焊接，焊接顺序如上述顺序焊接。

（4）焊缝打磨、调修、检测。

模块化生产，最终总组，部件生产焊后变形控制，部件尺寸可控，通过多次验证，可做到部件焊后局部调修，整体焊接后无须调修处理；探索了6005A-T6材料的性能并摸索出一套可实施的量产工艺方案。

2 材料的选型及性能参数

设计开发选择原材料，母材选用：6005A-T6，近年来轨道交通普遍认可的中等强度的Al-Mg-Si系铝合金，具有较好的热挤压型和耐腐蚀性；在城市轨道交通，追求轻量化、绿色化的选材原则，该材料推动了城市轨道交通的进步[2]；见：表1、表2。

奠定设计开发完成的基础上，进行工艺开发，工艺开发选用焊丝ER 5356、惰性保护气体选用高纯氩：99.999%，具体见表3、表4。

表1 母材 6005A-T6铝合金化学成分（%） 参照标准：EN 573-3

表2 母材6005A-T6铝合金机械性能（%） 参照标准：EN 755-2

表3 主材 ER 5356焊丝化学成分（%） 参照标准：ISO18273

表4 保护气体 氩（%） 参照标准：GB/T4842

3 参数的选择[3]

焊接环境：温度≥10℃，湿度≤70%；铝合金焊丝储存温度≥18℃，湿度≤60%。

焊接参数：

4 反变形控制

（1）车顶边梁（①与②）、（⑧与⑨）组装，先正面焊接，再反面焊接，车顶采用启动压头加紧四个边梁角，车顶反面焊接变形内凹，但通过正面焊接不考虑给车顶施加外界力的情况下，正面变形远大于背面焊接变形，为了能够控制住焊接变形，并减少焊后的调修量，通过多次试验摸索；确定焊前反变形控制参数，将工装中部可调节板调高35±2mm，在车顶两端300mm处施加100kg的外力控制边梁的变形，焊接完成后，待完全冷却后再拆卸车顶边梁，完全拆除后车顶边梁挠度约下凹5-10mm；待车顶总成焊接后，采用挠度做总成后的反变形；详见车顶边梁反变形示意图

车顶边梁反变形示意图

车顶板反变形示意图

（2）车顶板（①与②）、（⑧与⑨）组装，先正面焊接，再反面焊接，车顶板四周采用气动缸压紧，施加80Kg的外力，车顶板中间部位支撑板调高12-15mm使车顶达到内凹的状态，先焊接内侧焊缝，再焊接外侧焊缝，待完全冷却后再拆卸车顶板，完全拆除后车顶板实际轮廓比理论轮廓小2mm；采用木槌敲击焊缝部位，释放焊接的残余应力；详见车顶板反变形示意图。

（3）将车顶【（①与②）、（④、⑤、⑥）、（⑧与⑨）与③、⑦】型材组装在焊接工装上，首先正反面进行段焊处理，段焊长度30-60mm，间距300mm；段焊后采用铣刀将焊缝及起弧收弧位置缺陷清理干净，为控制焊接变形，正装状态将车顶圆弧板上调35mm，两侧采用螺旋丝杆压紧，压紧力约120kg/根，先焊外侧焊缝待完全冷却后再焊接内侧焊缝，焊接后挠度下榻约3-10mm(下榻已调修，上翘难以调修且变形无法控制)[4]。

车顶压紧状态示意图

5 车顶火焰预热和调修工艺及过程控制

车顶母材选用：6005A-T6中等强度的Al-Mg-Si系铝合金材料，材料厚度3mm，按照TB/T3259动车组用铝及铝合金焊接技术条件中7.6条款要求板厚大于等于8mm时宜进行预热，所以铝合金车顶在温湿度正常条件下不进行预热；

焊接后车顶轮廓度、挠度需要调修处理；调修考虑机械方法或加热方法对其进行矫正；最终考虑到车顶规格尺寸较大，外界施加压力难度较大且车顶型材壁厚较薄；外界施加压力，车顶型材表面易产生压痕和凹陷；且在外界不施加外力的情况下，可通过火焰加热的方法使车顶矫正至符合设计要求[5]。

火焰加热的温度、时间见下表：

6 结束语

车顶模块化生产，焊接变形控制通过多个产品生产试制过程中摸索出的经验，听过反变形控制，选择最合适的工艺参数；

焊接参数通过验证制作WPQR、PWPS、WPS进行验证，最终摸索出可靠的，能够形成批量生产的一套生产焊接参数；

调修通过火焰加热水冷的方式，通过热胀冷缩的原理，矫正车顶的弧度和挠度及弦高；以达到最终交付的状态；

成功地开发，跨坐式单轨车项目已成功交付于各大国内外项目，如芜湖单轨、泰国黄粉线、埃及开罗等等，车顶成功的开发提升了团队的经验，并将经验传递至APM车、地铁项目车顶等等。