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整体焊接铝合金客车车体制造工艺

日期:2018/04/10 09:28

 国内外铁路客车的主要结构材料都是低碳钢这主要是因为钢结构的价格比较便宜,而且低碳钢在弧焊和接触焊时具有良好的焊接性能在60年代和70年代,低碳钢半成品价格只有铝合金半成品价格的1/3~ 1/6但在1975年~1985年间,铝合金半成品的价格有了明显的下降,市场上货源不再短缺许多国家瑞士、原联邦德国、法国、日本等)开始广泛的研究(包括降低地铁和高速列车用车辆的自重,降低制造成本和延长车辆使用寿命)客车车体采用铝合金的可能性在铝合金焊接车体的设计和制造方面,瑞士、曰本和原联邦德国的公司取得了最大的成功。目前在制造这种车体上已有巨大的进步。如果说,在1960年~1970年期间,铝合金车辆只占1%~%,则到了1995年就占到5,而到1999年已达到车辆制造总数的80%如今在国外,成功运行的铝合金客车已达20 000辆以上俄罗斯生产铝合金客车车体是在1961年~ 1970年间。制造的史-200电气化试验列车曾在莫斯科一圣彼得堡干线上运行多年。目前已完成了“索克尔”列车上使用的铝合金试验车的制造,但还没有批量生产铝合金焊接车体,已制造出的试验车不超过25辆~客车车体用铝合金牌号的选择极具意义国外在1980年~1985年间,主要是用A卜Zn-Mg系合金(如2020)从1985年~1995年改用Al-Mg-Si系合金(如这样的变化,主要是考虑到Al-Mg-S系合金有着良好的可挤压性和很强的耐腐蚀能力,尽管其强度有一定的下降。俄罗斯目前使用的主要是Al-Zn -Mg系合金(如1915)为了客观地评价铝合金客车车体的设计及制造工艺,必须对近50a来车辆结构的变化进行分析研究分析表明,1985年~ 1990年以前,国外一般都是采用框架结构,即纵向和横向刚性的构架基本上用接触焊和弧焊(手工的和机械的)将外皮焊牢在骨架上俄罗斯目前也主要是采用这种唯一的制造工艺但是,由于这种工艺需要加工制造大量的刚性构件,而且在焊前要进行精确的组装,故需很大的劳动量(达3000~ 5000个工时车体)近年来,国外的一些公司,如德国的“胡戈万斯”、瑞士的“阿维阿维斯”、法国的“别什”和意大利的“阿留密尼克斯”研究开发了长24m~26m,宽55m~Q75m(参见)的大型中空壁板的挤压工艺,并投入了批量生产。而且壁板的宽度只决定于压力机的压力及其工作空间的大小。如果压力机的压力能提高到15000t~ 30000t,就可以压制宽度达2mr1.6m的整体壁板标准铝合金空心挤压壁板的典型剖面国外在生产中空壁板所取得的成果基础上,进行了全新原理的铝合金客车车体的设计制造工艺的研究车体全部由标准长度的中空壁板焊割而成,焊接时只有纵向焊缝,无横向接头,而且不会增加纵向和横向的刚度据国外历史上的资料,制造这样的壁板车体,每台车的定额工时为1500h~是传统的框架壁板式车体的1/t1/3本文是在对世界车辆制造的发展史以及国内车辆制造能力和中空挤压铝合金壁板的生产能力进行分析的基础上,对客车车体的设计及制造工艺和用铝合金制造客车车体的能力进行了研究分析。

  新的设计及制造工艺、铝合金的材质以及施工组织措施都应确保减少车体自重,减少制造工时,提高车辆运行的可靠性,延长车辆的运用期限达40a~ 50a),还要提高旅客乘车的舒适性和安全性。

  考虑到国内外的经验,铝合金客车车体的最佳几何尺寸为:长度22m~24m,宽度3.4m~3.6m,中心销距为15m~16m要组织这种几何尺寸车体的批量生产,只有采用壁板结构最为合适(没有纵向和横向的受力构件)为车体的基本分割示意。主要的整体组装件是左、右侧墙,带地板的底架,车顶和端墙由空心挤压壁板制造的车体结构工艺划分图(箭头所指处为纵向焊缝)4块长22m~24m的压制中空壁板焊接而成所有的纵向焊缝都是在下部使用大功率拉伸器沿接缝用活动夹板组焊而成的从原理上讲,使用反向极化的直流熔化极和添加焊丝的非熔化钨极电弧焊,或用无焊丝的正弦交流或正反极性的方波脉冲焊,都是可行的但是最有前途的是不用焊丝,而用挤压壁板的自身材料,在焊缝区做成“屋脊”状的焊接这种方法大大简化了焊接作业过程,降低了成本厚度为2mmr板材的焊接速度可达25m/h~50m/h焊前壁板纵向焊口的拼接,采取壁板上专门压出的插口较为合理(参见)这样可以方便地实现壁板的对接,完全不需要手工焊时所用的那种夹具形成侧墙的壁板的压紧插口,焊前可一下子就组装好,不需再进行任何机械处理纵向接头可以从一个方向连续施焊完成,也可以用有2~3个焊头的焊接装置进行多头同时焊接。

  两块空心挤压壁板焊前的机械连接示意图车顶部分与侧墙不同,由于其承受的负荷较小,25m宽的开口的有纵向受力元素的挤压壁板来制造是合适的。(参见和)1.8m~ 25m宽的壁板可以制成一节车顶,通常一节车顶由一块挤压壁板制成,其上没有纵向接头侧墙与车顶通过有一定弧度半径的专用挤压中空壁板作为过渡最为合适(参见)车底板承载梁所用的挤压中空壁板,其结构高度要比侧墙用壁板的大一些,而宽度可稍小些。

  车底板与侧墙也是通过有一定弧度半径的中空挤压壁板连接的。车体端墙则用1.2m~1.5m宽的纵断面开口的挤压壁板连接,这种壁板只有一个纵向接头。只有在所有的侧墙、端墙壁板全部焊接完毕后,才在其上用机械方法开出窗口、门和检查口。

  由于挤压壁板的尺寸很大达26m),对其进行焊前的表面处理(酸洗擦亮、钝化处理刮研)是相当复杂的如用化学清洗,清洗槽就需长达28m~ 30m因此最合适的表面制备方法是用机械处理,比如用旋转的金属刷。用这种最简单的机械法进行表面处理,能否在生产条件下保证铝合金的焊接质量,需要进行详细的研究在用最简单的方法进行表面处理时,焊接接头的主要缺陷是氧化夹杂物,气孔和焊缝成形差。这些缺陷会明显降低静强度和疲劳强度,在某些情况下会降低结构的密封f生不久前,一直认为破坏氧化膜的唯一方法是“阴极溅射”或加热破坏。近来提出并由实验证实了如下假设,焊池的流体动力学状态对焊接过程中氧化膜车体侧墙与车顶壁板用半径为500mm800mm的弧形过渡壁板连结的示意图的质量转换和破坏的定性和定量特性起着主导作用。在研究工作的基础上,研制了脉冲焊接的工艺和设备施以瞬间大电流脉冲)业已确定,在焊前只用机械方法对表面进行处理,在电弧中施以脉冲电流,可以使焊接缺陷减少到原来的1/6~1/10(对AB,瓜33,见35和贝37焊丝而言)这是因为焊池中的金属剧烈搅动造成了氧化膜的机械破坏及粉碎,有利于气泡的上浮逸出。此外,施以瞬间大电流脉冲能增强抗热裂纹形成的能力。这不仅与生成的无方向性的细化金相组织有关,而且也与在周期性的振荡作用下能“愈合,已生成的裂纹有关。

  根据实验结果,Al-Mg-Si铝合金的焊接性能指标列于表1从表1中的数据可以看出,对A卜Mg-Si铝合金抗焊接裂纹生成性,最好的是AK5焊丝因此,在熔化电极焊接中,必须使用这种AK5焊丝。而且在绝大多数的情况下,在氩气或氩一氦混合气氛保护下进行熔化极脉冲电弧焊是合适的。在脉冲焊时,在基本的固定电流上,周期性施加频率为50Hz100Hz或200Hz的脉冲电流,有助于金属的受控喷射转移与非熔化极焊接相比,熔化电极的脉冲焊的焊接生产率为非熔化极焊接的3- 8倍,在相同的焊接质量前提下,还可减少焊接变形。建议采用国产BIH-301型脉冲整流器,作为熔化极脉冲电弧焊的电源该设备的电路中采用旁路扼流圈原理,并且在变压器初级线圈中装有可控硅在整流器的设计中已考虑了50Hz及100Hz的陡脉冲和缓脉冲,基础电压和脉冲电压的稳定性以及基本伏安特性的三级斜率问题:陡降特性、缓降特性和硬特性作为该电源的配套设备,使用mH- 303型半自动焊机和AT-601型与胃502型全自动焊机是合适的表1Al-Mg-Si铝合金的焊接性能指标所田焊丝焊接裂纹生成率P%焊接变形的临界合金牌号按“鱼骨,牌号按交叉试样蒌33注:1所有试样在焊前都经过淬火和人工时效。

  2所列数据均为三个试样的平均值。

  为了批量生产挤压空心壁板的客车车体,建议最好是建立新厂或在现有的工厂内建立独立的车间经计算表明,一个年产300台车的工厂所需生产用地面积为40000m2~50000m2,辅助设施和仓库的占地面积为15 25000m2按照所建议的车体生产工艺流程需以下主要设备:用于组装焊接车体侧墙壁板需2台带3m长悬臂的- 3-1型焊机;用于焊接受力地板需2台me-3-2型焊机;用于焊接半径为0l 0.8m的过渡壁板与车顶需2台-3-2型焊机;用于焊接端墙壁板需1台MTOD- 3-1型焊机;焊接侧墙与车顶和地板需4台有4m长悬臂的- 2-1型焊机此外,还需要10~15个焊接工位,用于焊接装配一些小的组件和另伟在已焊好的侧墙上切割窗洞和门洞是在- 3-1型综合机床上进行的me型设备的主要技术参数列于表2其独到之处在于机座能保证在XYZ三个方向的位移精度高达±Q 08mm由于能沿着水平轴转动,该设备可以焊接位置较低的所有纵向接头这些设备的每个外m机El车廿车辆以工ig悬臂都能移动两个焊头,从而可同时焊接两个接头用于自动化焊和机械化焊的焊接电源总数约为35台r40台。

  表2ynco型焊机的主要技术参数设备型号沿轴位移量/mm悬壁数有无转最大被焊动装置直径/mm有有无有无有结论(1)由冶金工业部门研制长达24mr26m的铝合金大型挤压空心壁板,开辟了由框架式车体向全壁板式车体制造工艺转变的可能性。这种壁板式制造工艺没有横向接头,也没有受力构件(2)车体米用壁板制造工艺可以大大减少焊前组装工作量,仅限于在“走行”中对纵向焊缝进行自动焊接,彻底免除了接触焊(3)大型壁板的焊前表面预处理因尺寸太大只能用机械方法,从而也对焊接方法提出了特殊要求(4)无论是熔化极焊接,还是非熔化极焊接,为了得到高质量的焊接接头,在表面经机械预处理后,采用脉冲焊接方法是合适的(5)对车体的某些结构件的装配焊和总组装,使用型焊机的机座上的装置,以及在焊接过程中使用张拉系统和计算所控制的局部活动夹具是合理的胥金荣译宋忠明校简讯。

  城市有轨电车用新型制动测力计100型制动测力计为检测城市有轨电车用停车制动器的最小制动力提供了一种经济的解决方案采用连接在两辆车之间的BKMG 100型制动测力计,可有效减少检测的人员和工时费用,在获得参议院技术监督部门(TAB)的批准后,目前,该测力计已由合作开发人一一柏林交通运输公司(BVG)投入实际运甩另有4家工厂也配置了BKMG 100型制动测力计。

  柏林交通运输公司一直在使用连续坡道和1条专用制动试验线进行试验,以期通过在坡道上测量制动距离和进行溜放试验来检测其Tatra动车上的停车制动器这些试验不能在厂内进行,因此有必要让列车跨线路运行,而且必须封闭城市有轨电车线路的部分线路为取代这种代价昂贵的试验方法,AUCOTEAM公司在柏林交通运输公司的推动下开发了一种新的试验方法,并以其BKMG100型制动测力计的这一产品形式推出了一项新的检测技术这种测力计可连接在两辆车之间,这样便可在工厂内短的纵向运行轨道上进行测试了。有了连接测力计的连接器,它便能应用于各种类型的有轨电车上,而且还可在其它类型的车辆上使用。

  待测试的车辆要承受后一辆车未制动质量的压力。该压力由自动处理的测力计的3个传感器记录和测定由于传感器的灵敏度高,因此可在5km/h的低速下进行制动力的测量,而且车辆在车库或在检修区时也可进行这种检测1可立即显示检测结果,并可现场进行校正测得的数据可通过ATAFlash PC卡准确地转存到PC工作站上,并可在工作站作进一步处理除了对车辆数据进行大量维护外,由AUCOTEAM公司开发的硬件还可图示制动力曲线并自动记录,然后打印出检测报告经过独立的鉴定单位对BKMG 1型制动测力计进行广泛的试验后,它已获TAB的批准在BVG使甩为此,还制定了该产品在其它城市有轨电车公司使用的一些基本要求BKMG100型制动测力计这种新的解决方案,使运输安全和费用节省这两方面又有较大的改进“整体焊1接铝合金客车车体制艺