浅析轨道车辆铝合金焊接的缺陷分析和预防

科技探索浅析轨道车辆铝合金焊接的缺陷分析和预防
滕海柱
（中车长春轨道客车股份有限公司，吉林 长春 130000）
【摘要】高速、节能、安全、舒适、环保是交通运输业发展的大趋势。

轻量化是实现高速节能的首选条件，铝合金具有密度小、耐腐蚀性好、比强度高、加工性能好等特点，成为用途最广、用量最大的轻量化材料。

近年来，由于挤压技术的发展，各种高强度铝合金大断面型材和各种扁宽薄壁大断面大长度复杂的实心或蜂窝状空心铝合金型材的研制成功以及自动焊接技术的进步，铝合金在高速列车车体中应用越来越广泛。

为此，铝合金在高速列车及地铁城轨列车车体中的应用已成为当今世界各国研究的热点。

【关键词】轨道车辆；铝合金焊接；缺陷
一、铝合金焊接技术应用意义
高速、节能、安全、舒适、环保是交通运输业发展的大趋势。

轻量化是实现高速节能的首选条件，铝合金具有密度小、耐腐蚀性好、比强度高、加工性能好等特点，成为用途最广、用量最大的轻量化材料。

近年来，由于挤压技术的发展，各种高强度铝合金大断面型材和各种扁宽薄壁大断面大长度复杂的实心或蜂窝状空心铝合金型材的研制成功以及自动焊接技术的进步，铝合金在高速列车车体中应用越来越广泛。

为此，铝合金在高速列车及地铁城轨列车车体中的应用已成为当今世界各国研究的热点。

由于铝及铝合金独特的焊接特性，铝合金焊接过程中容易出现气孔、裂纹、未熔合、未焊透、焊塌、焊穿等缺陷，因此，研究如何减少甚至避免铝合金焊接常见的缺陷具有重要的生产意义。

二、焊接中存在的缺陷以及预防措施
（一）焊接气孔
焊接气孔产生的原因是多方面的，氢是产生气孔的主要原因。

氢在铝合金液态、固态2种状态的溶解度差异非常大，高温时熔化的铝液能吸入大量的氢，由于铝的热导率大，熔池冷却快，在熔池凝固结晶时，以气泡形式存在的氢来不及完全逸出，就会在焊缝内部和表面形成气孔，如图1所示。

图 1 铝合金焊接气孔
铝合金表面的氧化膜能从空气中吸收水分，如果焊丝表面有污物或潮湿，如果焊前坡口及其附近区域清理不干净，就会将水分带入焊缝中，极易导致产生焊接气孔。

焊接时焊枪的角度不合理，保护气体流量过大或过小，冷却水或供气系统泄漏，造成保护气体不纯，也会使焊接时产生气孔的倾向增大。

焊缝坡口及焊前的装配质量，对焊接接头气孔的产生也会有很大影响。

为了减少气孔，提高焊接质量，焊接前必须严格清理坡口及其附近区域的氧化膜及油污，改善焊丝清洁度，焊丝存放处要清洁干燥，并防止在焊接过程中再氧化；检测保护气体的流量，及时清理焊枪喷嘴内飞溅，防止喷嘴受阻影响气体流量；定期检查设备及导气管路，排除设备隐患。

焊接过程中选用合理的焊枪角度及喷嘴到熔池距离，提高气体利用率，让熔化金属和处于高温下的金属处于充分有效的保护状态。

焊接时，在电弧燃烧前提供保护气体，并延迟关闭气体时间，可以减少接头和收弧处出现大气孔和密集气孔。

同时，优化焊缝装配间隙，注意焊缝层间清理、预热及采用合理的焊接速度等措施，可有效减少焊接气孔产生。

（二）车体扭曲变形控制
扭曲变形是典型的空间变形。

其是角变形在沿焊缝长度上变形程度出现不一致而引起的。

具体到铝合金车体，表现为车体对角线差值过大。

车体对角线超出后调修特别困难，为了调整车体完成后的对角线，过去通常采取的方法是：对侧墙下边梁“下火”+“撑拉杆”的方法。

调扭曲变形需要较高的技能水平，如果操作不当会导致侧墙下边梁型材内侧面凹凸变形严重。

为减小车体焊后调修量，进行分析验证，制定了详细的控制措施，具体如下：（1）从前工序进行品质控制，在保证底架、侧墙、端墙及顶棚质量的同时，在车体组装前测量端墙对角线差，根据测量结果，在端墙吊装时，对端墙安装进行调整，确保端墙的安装质量。

（2）在吊装车顶前，检测两端距墙300mm处侧墙对角线差，利用手拉葫芦进行调整对超差部位作反变形处理；对角线差不大于5mm。

（3）当车体定位焊接后，利用滑动拉杆尺测量车体内部宽度、高度及断面对角线长度差；利用手扳葫芦，工艺支撑等工艺装备通过顶、拉进行反变形的方式依次调整车体焊前尺寸，车体断面对角线长度差调整到0，对于对角线差较大的车体采取预制反变形，确保焊后符合产品设计要求。

通过采取以上工艺措施对车体焊接扭曲变形进行焊前反变形控制，车体焊接完成后，车体断面对角线差符合理论要求尺寸。

（三）咬边及其他缺陷
咬边是指在焊接接头中沿着焊趾的母材部位上被烧熔而熔敷金属未完全覆盖形成的焊接缺陷，是较为严重的表面缺陷，容易造成应力集中，严重时会引起焊缝开裂。

焊缝咬边与焊接温度梯度有关，即大电流短时间焊接时的咬边倾向大于小电流长时间焊接时的咬边倾向；大电流高速焊接时的咬边产生倾向大于小电流慢速焊接时的咬边倾向。

因此，通过减小熔宽，适当增加熔深，提高焊缝的深宽比，对抑制咬边缺陷有明显作用；焊接时采用小电流降低焊接速度或适当增加填充金属量对抑制咬边缺陷的产生也能起到一定作用。

参考文献
[1] 王立夫,唐衡郴,王金金,勾波,聂丽丽.轨道车辆用铝合金
焊接缺陷分析[J].焊接技术
,2012(10):14~17.
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