钎焊铝蜂窝在轨道车辆车体上的应用

尹晴

摘  要：在轨道交通装备领域，轻量化水平是技术进步永恒的发展方向。轨道车辆车体结构多为铝合金型材结构，发展至今，铝合金型材结构的轻量化发展已逐渐进入瓶颈，需要通过其他方式提高车体的轻量化水平。新型轻量化材料的应用逐渐成为解决车体轻量化水平的发展新方向。其中，钎焊铝蜂窝以其优异的综合性能，逐渐在轨道车辆领域的应用上崭露头角。本文通过说明钎焊铝蜂窝结构、性能特点，介绍了钎焊铝蜂窝在轨道车辆车体上的应用现状。

关键词：钎焊铝蜂窝;轨道车辆;车体结构

1引言

在轨道交通装备领域，轻量化水平是技术进步永恒的发展方向。轨道车辆车体结构多为铝合金型材结构，发展至今，铝合金型材结构的轻量化已逐渐进入瓶颈，需要通过其他方式提高车体的轻量化水平。新型轻量化材料的应用逐渐成为解决车体轻量化水平的发展新方向。其中，钎焊铝蜂窝以其优异的综合性能，逐渐在轨道车辆领域的应用上崭露头角。

2钎焊铝蜂窝结构

钎焊铝蜂窝通常指钎焊铝蜂窝板，是以正六边形钎焊铝蜂窝芯为芯材，在芯材两面铺覆铝板，经高温钎焊使芯材与铝板连接在一起的中空复合结构板材，其结构参见图1所示。其中，钎焊铝蜂窝芯是以一定厚度和宽度的铝箔，经波纹成型，组合在一起呈六边形蜂窝状结构，经高温钎焊连接在一起。[1]

钎焊铝蜂窝板可对其面板厚度、芯材尺寸等规格进行定制化设计，以满足不同的结构需求。常用规格尺寸参见图1所示。

3钎焊铝蜂窝性能

钎焊铝蜂窝具有比较优良的综合性能。不同规格的蜂窝板具有不同的密度，其面密度一般为（8～20）kg/㎡，体密度一般为（0.5～0.8）×10³kg/m³，约为铝合金的0.2～0.3倍。在如此轻量化程度下，其主要机械性能可达到平拉强度大于5MPa、平压强度大于4MPa、剥离强度大于150N·mm/mm、弯曲强度大于80Mpa的水平，具有优良的比强度、比刚度。

除了较好的机械性能外，钎焊铝蜂窝的隔声性能亦具有较大的优势。根据隔声试验的数据表明，一块总厚度20mm、上下面板厚度各2mm、芯材规格0.2*6的铝蜂窝板，其隔声量可以达到约30分贝。

同时，钎焊铝蜂窝板还具有良好的工艺性，包括焊接性能、加工性能以及二维/三维成型性能。由于具有焊接性，因此可以将铝蜂窝板与铝合金车体进行焊接组装，使其在车体上的应用更加灵活方便，同时更具可靠性与耐久性。

4钎焊铝蜂窝应用

轨道车辆车体作为车辆的主要承载结构，承受自重、客室载重、转向架传递的牵引力和制动力、车钩传递的纵向力、车辆通过曲线时的横向力等载荷及作用力，车体结构的安全性、可靠性是结构设计中的关键。因此，新材料的应用一般从承载较小的部件开始装车试用，根据运用考核验证情况，逐步扩大材料的应用范围。

4.1作为非主承载部件

利用铝蜂窝轻量化、比刚度大、隔声性好的特性，钎焊铝蜂窝可作为箱体结构的盖板、门板，设备舱底板，隔声罩板等进行应用。作为上述部件进行使用时，铝蜂窝板通常作为主体结构，四周设置铝合金材质的框架，通过电弧焊接组合为一个整体，如图2a所示。

作为外部箱体结构的盖板时，铝蜂窝板通常会受到气动循环载荷作用。经试验验证，一块厚度为14mm、上下面板厚度均为2mm、芯材规格为0.2*6的铝蜂窝盖板，可满足在气动载荷±2500Pa作用下的100万次疲劳强度要求。

4.2作为吸能结构

利用铝蜂窝比强度高、吸能效率高、冲击载荷精准等特性，钎焊铝蜂窝可作为车体防爬吸能部件的填充材料，如图2b所示。车辆在碰撞过程中，铝蜂窝通过被压缩产生塑性变形，从而吸收车辆碰撞产生的能量。[2]

4.3作为司机室结构

利用鋁蜂窝比刚度高、可焊接性、隔声性好、成型性好等特点，钎焊铝蜂窝可用于车体司机室结构中。其主要结构形式为在司机室骨架之间铺设铝蜂窝板。与原有板梁结构司机室相比，采用铝蜂窝结构可有效减少焊接量，从而减小焊接变形，提高产品外观质量。同时，与传统单层铝板结构或带玻璃钢头罩的司机室相比，铝蜂窝板夹层蜂窝芯的中空特性使得铝蜂窝司机室具有更好的隔热隔声性能。[3]铝蜂窝司机室结构参见图2c所示。

5钎焊铝蜂窝应用展望

日本JR东日本公司于1992年成功研制了STAR21高速试验电动车，其中的952型4号车和953型1号车，采用了侧顶板和地板为铝合金型材，顶板和侧墙板为钎焊铝蜂窝板并焊接弯梁补强的车体结构，参见图3所示。之后，日本又研究了通过加厚铝蜂窝板厚度，将车体补强弯梁内置于铝蜂窝板中的结构，以提高车体刚度及商品化程度。[4]

目前，国内尚无类似车体结构的研究应用。日本对于钎焊铝蜂窝在车体主断面结构上的应用尝试，可以为国内轨道车辆车体结构的发展提供一个新的方向。随着技术水平的不断提高，相信钎焊铝蜂窝将在轨道交通装备领域具有愈发广阔的应用空间。

参考文献

[1]谭淑芹，徐世兴，陈亚斌. 钎焊铝蜂窝板在装备制造领域中的应用[J]. 中国新技术新产品，2020（6上）：53-55.

[2]王晋乐，赵辉，杨则云等. 一种轨道车辆的吸能装置及轨道车辆[P]. 中国专利：CN 215513682 U，2022-01-14.