B型铝合金地铁车辆的车体制造技术分析

B型铝合金地铁车辆的车体制造技术分析

张军

中国中车株洲电力机车有限公司  湖南省株洲市 412000

摘要：B型车辆是我国地铁列车的主力车型之一，其车体采用大量的铝合金材料和结构件，对车体制造工艺提出了较高要求。本文在分析B型车辆车体结构特点的基础上，围绕铝合金车体焊接变形、尺寸精度控制等关键质量问题，系统阐述了焊缝错边控制、挠度预制、门洞加工、断面控制等质量优化措施，可为同类车辆的设计制造提供参考。

关键词：B型车辆；铝合金车体；制造工艺；质量控制

引言：随着城市轨道交通的蓬勃发展，铝合金车体凭借其重量轻、强度高、耐蚀性好等特点，在地铁车辆制造领域得到广泛应用。B型铝合金车辆是我国引进、消化、吸收德国技术，具有完全自主知识产权的地铁车辆，其车体呈现出尺寸大、结构复杂、制造精度高等特点，对车体制造工艺水平提出了严峻挑战。本文基于B型车辆车体的设计特点，围绕铝合金车体制造中的关键质量问题，就提高车体制造质量，确保车辆安全、可靠运行，展开深入探讨。

一、车辆结构

（一）总体结构

B型车辆采用不锈钢车头、铝合金车体的组合式结构。车头采用全承载式设计，由面板、侧墙、顶板、底板等部件焊接而成，造型优美，强度高。车体采用铝合金型材和铝合金蒙皮点焊连接，再通过焊接工艺形成箱型结构[1]。车辆转向架采用空气弹簧，具有乘坐舒适、噪声低、减振性能好的特点。车辆设有4个舱门，采用电控气动驱动，具有可靠性高、密封性好的特点。标准编组为4辆编组，列车最高运行速度可达100km/h。

（二）材料选择

车体用铝主要包括铝型材和铝板。其中，铝型材选用6005A-T6高强度铝合金，其抗拉强度可达260MPa，具有良好的可焊性、可挤压性。铝板选用5083-H321铝镁合金，在良好的可焊性基础上，还具备优异的耐蚀性，广泛应用于车体蒙皮。转向架构架选用低合金高强度钢，经调质处理后，强度高，韧性好。此外，车内顶板、座椅、扶手等部件选用玻璃钢、不锈钢、ABS等多种材料，通过结构设计和工艺优化，实现轻量化和高强度的统一。合理的材料选用为车辆的制造质量奠定了基础[2]。

二、设计要求

根据铁路行业标准TB/T 3237的规定，B型车辆的制造必须符合图纸要求，并达到下列主要技术要求：

（1）焊接变形控制要求。铝合金车体焊后变形的控制标准为：车体垂向最大变形≤0.3%车长，水平方向最大变形≤0.2%车长；局部变形按照图纸要求控制。

（2）焊接接头质量要求。焊缝质量等级符合I级标准，表面质量、内部质量均应符合要求，无裂纹、未焊透、夹渣、气孔等缺陷。

（3）外观要求。车体表面平整光滑，无凹陷变形；焊缝表面平整，无飞溅物、焊瘤、电极印痕。

（4）水密性、气密性要求。车体水密性试验压力不低于0.015MPa，保压时间10min，无渗漏现象；气密性试验压力8±0.2 kPa，保压10 min，压力降不大于0.5 kPa。

（5）门系统要求。门离地高度1450±3 mm，门与地板高差±2mm；门宽度为1300±2mm；开门时间≤3 s，关门时间≤4s；门锁、门控装置动作灵活可靠。

（6）电连接器安装要求。连接器与线束接触可靠，无虚接；安装牢固，二次锁紧到位。

总之，铝合金车体的制造对工艺、质量提出了严格要求。制造企业必须以高度的责任心，严格按照技术文件组织生产，强化过程质量管控，严把工艺质量关，确保产品符合设计要求和使用要求。

三、车体制造的质量优化措施

（一）焊缝错边

铝合金车体多采用等强度的对接焊缝，对焊缝错边量有严格限制。焊缝错边主要是由焊接变形引起，在焊接过程中，热输入导致母材和焊缝的不均匀膨胀收缩，产生局部变形。要控制焊缝错边，首先要合理设计焊接接头，选择合适的坡口形式和尺寸，减少焊接热输入。在焊前准备阶段，应使用专用夹具将焊件准确定位，防止焊接变形。焊接时，应合理安排焊接顺序，采取对称、平衡、分散的焊接原则，避免应力和变形集中。同时，应严格控制焊接电流、电压、速度等参数，防止热输入过大。焊后，要及时进行变形矫正，将错边量控制在允许范围内。

（二）挠度预制

车体制造时，由于采用薄壁结构，在重力作用下易产生垂向变形，造成凹陷和高度偏差。为保证车体弧度，需要在焊接前对型材进行预制挠度。预制挠度主要通过计算车体自由状态下的变形，确定各构件端部的调整量，使其焊接后能形成所需的空间曲面。预制挠度的关键是准确测量构件长度，计算调整量。一般采用大型三坐标测量仪测量构件长度，利用挠度计算公式确定调整量，通过专用工装调整构件两端高度，使其形成预定曲面。挠度预制可有效避免车体焊接变形带来的弧度偏差，但其精度要求高，测量和调整必须精准到位。

（三）门尺寸及间距

车体上开有乘客门、司机室门等，其尺寸和位置关系到车辆外观质量和使用功能。门洞加工是车体制造的关键工序，尺寸精度要求高。影响门尺寸的主要因素是门框型材的加工质量和安装位置。在型材加工阶段，要合理选择切割设备和刀具，优化切割工艺参数，确保切口尺寸精度。在门框安装阶段，应综合考虑焊接变形因素，合理设置型材安装基准，利用专用工装夹具确保门框位置精度。值得注意的是，左右两侧门框的水平位置和高度必须对称，以保证车门的同步性和密封性。同时，相邻车门间距要控制在设计范围内，避免影响乘客上下车。通过加强门框和开孔加工的质量管控，可有效提高门系统安装质量。

（四）高度超差

车体高度是评判车体总体制造质量的重要指标，直接关系到列车编组通过性，以及车体与站台的匹配性。影响车体高度的因素较多，包括端墙高度、地板高度、顶板高度、水箱导架高度等，每一部分的高度偏差都会传递、累积，导致总体高度超差。控制车体高度首先要做好各部件高度的管控，利用大型工装胎将构件固定在额定位置，保证构件高度处在设计范围内。在车体主架焊接时，应合理安排焊接顺序，加强变形控制，避免焊接应力导致的高度偏移。在顶板安装时，应将车体水平支撑，调整顶板高度，保证顶板与侧墙间隙均匀一致。此外，在转向架安装和车体吊装时，也要校核高度基准，确保高度符合要求。只有每一个部件、每一道工序把关到位，才能确保车体高度的总体精度。

（五）断面尺寸

铝合金型材是车体骨架的基本组成，其面尺寸的稳定性直接影响车体强度和刚度。影响型材断面尺寸的因素主要有挤压模具精度、挤压工艺参数、淬火工艺控制等。铝型材生产企业要从源头抓起，加强模具设计和制造，定期检测模具精度，及时修复或更换磨损模具。在挤压过程中，要合理控制挤压速度、挤压比、模具预热温度等参数，避免挤压过程中产生变形、撕裂等缺陷。淬火时，要严格控制淬火温度和时间，快速均匀冷却，防止型材软化变形。通过加强挤压工艺管理，提高型材生产质量，为车体制造提供稳定、可靠的原材料。

结语：

B型铝合金地铁车辆代表了我国轨道车辆的先进制造水平。铝合金车体作为其核心部件，具有尺寸大、结构复杂、精度要求高等特点，对制造工艺提出严峻挑战。本文结合B型车辆的设计特点，剖析了铝合金车体焊接变形、尺寸精度控制等关键质量问题，阐述了焊缝错边控制、挠度预制、门洞加工、断面控制、焊接质量保证等一系列工艺优化措施，可为同类车辆的设计制造提供借鉴。

参考文献：

[1]崔广翼.B型铝合金地铁车辆的车体制造技术分析[J].产业与科技论坛,2019,18(6):44-45.

[2]唐衡郴,张立杰,葛少平,聂丽丽,刘伟洁.地铁车辆车体铝合金底架焊接变形及工艺研究[J].焊接技术,2023,52(11):61-64.

作者信息：张军、1986年11月、男、汉、湖南省沅江市、大专、冷作钣金工、铝合金车体焊接变形、关建尺寸控制、