摘要：轨道交通车辆有着容量大、安全、快速、节能等优势，同时要求具有较高的起动加速度和制动减速度，因此提高轨道交通车辆底架组焊装备的设计工艺水平和应用技术，是实现轨道交通车辆上述功能的有力保障。
关键词：轨道交通 底架组焊装备 设计与应用
轨道交通车辆是指运营车辆需要在特定轨道上行驶的一类交通工具。广义上的轨道交通是指各种由火车、铁路、车站和调度系统所共同组成的路面交通运输工具。狭义上的轨道交通一般特指城轨，即城际轨道交通和城市轨道交通两大类型。底架和端墙、侧墙、车顶一样，是构成轨道交通车辆车体的重要组成部分。
本文就轨道交通车辆底架工艺、铝合金车辆底架焊接工艺的优缺点、不锈钢车辆底架焊接工艺的优缺点、底架组焊装备的合理设计与应用等方面来作进一步探讨。
一、轨道交通车辆底架的构成、作用及工艺
1.轨道交通车辆底架的构成及其作用。
轨道交通车辆底架是由底架枕梁、底架前端梁、底架后端梁底架左右侧梁以及波纹地板组成的长方形构架。它承托着车体，是车体的基础。在列车运行时，它还承受机车牵引力及列车运行中所引起的各种冲击力及其它外力。车辆底架是轨道交通车辆车体中的一个重要部件，车辆的大部分设备都是安装在车底架上，底架的主要作用是承受车体上部载荷并传递给整个车体，承受因各种原因而引起的横向力和走行部传来的振动和冲击，牵引梁连挂组成列车，并在车辆间传递牵引力和制动力。
2.轨道交通车辆底架组成的工艺流程。
轨道交通车辆底架的组成包括横梁组装、底架装配、底架手工弧焊、底架数控点焊、底架正面附件组焊、波纹地板铺装、底架翻转、底架反面附件组焊等工艺。其具体流程是：首先在底架地板焊接台位上将各底板焊接成为一体；然后设计加工好整体牵枕缓和底架边梁；第三步是在底架组装台位上组焊牵引缓和边梁，将将焊接收缩量严格控制在3—4mm之间；第四步是将边梁、牵枕缓的框架和地板焊接在一起。
二、铝合金车辆底架焊接工艺的优缺点
轨道交通车辆底架的材料过去主要采用的是碳素钢材料，但因其总成本较高，自重高达10吨以上，因此目前很少被采用。现在采用较多的车辆底架材料为铝合金材料和不锈钢材料，但由于这两种材料的不同特点，在车辆底架焊接上也都各自存在着优缺点。
1.铝合金车辆底架焊接工艺的优点。
铝合金车体可以使车体自重控制在7—8吨，比碳素钢轻了很多，这就使得牵引和制动能耗大大降低，同时，车体自重的减轻，既可以提高车辆的加速度，降低能量的消耗，又可以减少噪音和对线路的磨损。铝合金属于环保型材料，接触空气时表面会形成一层氧化膜，因此使车体具有很高的耐腐蚀性。
2.铝合金车辆底架焊接工艺的缺点。
2.1.成本较高。
相比于不锈钢材料，采用铝合金材料的车辆底架总成本比较高。
2.2.环境受限。
由于铝合金的热导率高，在焊接过程中容易受焊接环境的限制，温度与湿度都会影响到焊接效果。为了能够顺利实现焊接，必须要获得高质量的焊接接头，因此就需要采用能量集中、功率大的热源。
2.3.熔点过高。
由于铝合金遇到空气后极易形成氧化膜，而氧化膜的熔点高达2050℃，因此这层氧化铝薄膜会阻碍金属之间的良好结合，并易造成夹渣。氧化膜还会吸附水分，焊接时会促使焊缝形成气孔。
2.4.成形不良。
铝合金在高温时的强度和塑性都比较低。铝在370℃时强度仅为10MPa，焊接时会因为不能支撑住液体金属而使焊缝成形不良，甚至形成塌陷或烧穿。
三、不锈钢车辆底架焊接工艺的优缺点
1.不锈钢车辆底架焊接工艺的优点。
对于轨道交通车本车体材料而言，无论是相比于碳素钢材料，还是铝合金材料，不锈钢材料的成本都是最低的，而且不锈钢材料也可使车体自重减轻至9—11吨。采用轻量化不锈钢材料的车辆底架具有良好的冲压性能，可以提高抗拉强度。
2.不锈钢车辆底架焊接工艺的缺点。
2.1.热传导率低。
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轨道交通车辆专用不锈钢材料的热传导率较低，在焊接过程中产生的热量不能够很快地被分散，会致使热量禽在焊接缝处，容易出现腐蚀现象，使抗拉强度下降。
2.2.热膨胀系数高。
轨道交通车辆专用不锈钢材料的热膨胀系数约为钢的1.5倍，在同样的热量下，变形的可能性要比普通钢材大。
四、轨道交通车辆底架组焊装备的合理设计与应用
针对铝合金材料和不锈钢材料在轨道交通车辆底架组焊中存在的不足，应该对底架组焊装备设计以及相应的焊接技术进行合理的改进，使轨道交通车辆底架组焊装备达到更加科学、高效、节能的应用效果。
1.底架组焊装备的改进。
1.1.底架分为两种结构。
为了充分利用生产空间，可将底架装备分为两种结构，一种是凹底车，一种是平底车，两种底架结构均设置为简易正装胎，并行生产。另外为提高装备的通用性，可将基础预埋件设计为T型槽，同时采用柔性的可调整的工装对各横梁进行定位。
1.2.底架可实现360℃翻转。
底架翻转胎采用2组转环，带动大框架同步升降，将整个底架通过机械定位固定在大框架中间，实现底架的360℃翻转。
1.3.改进底架骨架组焊装备。
由3根通长的T型槽导轨组成地基、8根基础梁支撑两侧的工字型滑动梁，底部基础梁的上端面安装导轨，上部滑动梁的下端面安装滑块，这样就可以进行车辆底架骨架的焊接。
1.4.增加车架固定装置。
轨道平车的车架是平板车的主要承重机构，车架的加工是轨道平车制作的关键，它的质量直接影响到小车运行性能。车底架由多个零部件组成，并且组装位置要求和焊接要求都较高，因此要提高车架加工质量，设计专用的定位与夹紧装备，对车底架进行固定，从而顺利进行车底架的组装与焊接工作。
2.铝合金材料的焊接技术改进。
2.1.激光焊接。
随着高功率、高光束质量的二氧化碳激光器的发展，出现了高功率、高亮度固体光纤激光器，解决了铝材料焊接的高反射性问题，使用二氧化碳激光器，可以更深地穿透材料。激光加工的焊接速度更快，而且热量输入少，热影响区域小，扭曲变形更少，在很多情况下可以自焊接。
2.2.实现无裂纹焊接。
在凝固压力的作用下，常常会出现热裂纹或者焊接凝固裂纹，而铝的高热扩散性和导热性会加剧这些裂纹。如果利用合适的填充焊丝或镶嵌填充箔材料来改变焊接性能，就可以避免热裂纹的产生，从而实现无裂纹焊接。
3.不锈钢材料的焊接技术改进。
3.1使用单面点焊工艺。
单面点焊可以降低分流所带来的焊接缺陷，其工艺更加快速和精密，对于不锈钢材料的奥氏体不锈钢SUS301和SUS304来说，符合其精密焊接的要求，可以做到无缝焊接。
3.2.控制横梁焊接变形。
在横梁的装配过程中，会出现横梁吊装孔偏差现象，此时必须调修横梁的直线度，可使用机械，必要时还要使用火焰进行微调，底架骨架成形后，要再次检查横梁的直线度，必要时使用火焰调整，使横梁吊装孔的偏差控制在2mm范围内。
4.先进的焊接技术
除以上介绍的针对不同材料所采用的不同焊接方法以外，在轨道交通车辆底架的焊接技术改进上，还包括TIG焊接技术、微束等离子弧焊等。其中，TIG焊接技术又分为许多种类，如活性钨极氩弧焊、热丝TIG焊、TIP-TIG焊、TOP-TIG焊、窄间隙TIG焊等。微束等离子弧焊接则是一种小电流型焊接工艺，具有能量集中、温度高、焊接速度快、电弧稳定性好等特点。
五、结束语
总之，轨道交通车辆底架组焊装备是保证底架焊接质量的前提和基础，必须提高轨道交通车辆底架组焊装备的设计水平与应用能力，不断提出新问题，找出新方法，从而进一步提高底架焊接质量，为城市轨道交通高效、环保、安全运行奠定坚实的基础。
参考文献：
1.谢绍兴，《基于底架正装的车体组焊流水线工艺设计》——《机车车辆工艺》，2016.4
2.张群，《轨道交通焊接工艺及其价值分析》——《现代商贸工业》，2017.15
论文作者:武红帅
论文发表刊物:《基层建设》2019年第27期
论文发表时间:2020/1/15
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