城轨车辆铝合金车体焊接工艺

浅析城轨车辆铝合金车体焊接工艺

摘要：城轨车辆的车体是由铝合金材质焊接而成，本文对城轨车辆铝合金车体的焊接工艺、工装进行分析，探讨了铝合金车体焊接工艺的发展趋势。

关键词：城轨车辆；焊接；铝合金；分析

为了保证城轨车辆的高速行驶，城轨车辆采用的是轻量化的设计，车身采用铝合金的结构，降低整辆车的重量，减少了对轮轨的冲击。但是铝合金的膨胀系数是钢的2倍，凝固的时候体积收缩也很大，因此，在焊接的过程中很容易变形。特别是对于薄壁型的铝合金材质，不光焊接变形量大，而且在焊接的时候还会产生气孔、裂纹等现象，因此要提高铝合金的焊接工艺水平，尽量减少焊接过程中出现的问题，提高车体焊接的质量，就需要用专用的工装来保证车体焊接成型后的尺寸，为制造出高质量的城轨车辆奠定基础。

1 城轨车辆铝合金车体焊接的特点

1.1 焊接方法和速度的选择

铝合金的焊接方法有多种，包括惰性气体的保护焊（mig）、钨极惰性气体的保护焊（tig）两种焊接方法。在焊接的时候，对于较厚夹板的焊接，为了能够保证焊接的质量要使焊缝从分均匀地融合，而且使焊缝中的气体顺畅溢出，采用较慢的环节速度和较大的电流配合焊接；对于较薄板的焊接，为了避免焊缝太热，在焊接的过程中要采用较快的焊接速度和较小的电流配合，从而确保焊接的质量，尽量避免气孔的形成[1]。

1.2 气孔的形成

铝合金表面氧化膜有很强的吸水性，当环境湿度很大时，吸收了很多水的氧化膜在电弧的作用下水分解出氢，而氢气在熔池中没有时间排除就形成了气孔[2]。

2 铝合金车体的焊接工艺

2.1 铝合金车体的焊接工艺流程

车体预组、焊接前尺寸的调整、焊接前的清理、自动焊接、焊接后的打磨。组装过程中所有零部件的误差及变形全部汇集在一起，通过车体组焊来消化，如果要控制铝合金车体的焊接质量就要在焊接前定好尺寸，通过焊接前的尺寸调整对铝合金车体的变形进行预先估测，做好合理工艺放量。加强焊接过程的控制，通过组焊工装及辅助撑拉杆减小车体在焊接时的变形程度，提高焊接质量[3]。

2.2 车体焊接时的尺寸控制

由于焊缝的中心线和结构截面的中心不对称或者不完全重合，导致车体在焊接完成后的容易发生弯曲变形。这种变形主要表现在：侧面的直线度、高度、宽度和对角线会发生变化，出现车体扭曲。

2.3 工装的使用

车体焊接之前需要对其进行装配调整，为使焊接之后达到预想尺寸，就需要使用工装将焊接变形的影响减小到合理的公差范围内。车体组焊工装包括车底拉紧工装，通过支撑工装预留的挠度实现车体挠度的控制；侧墙支撑工装，主要用于控制车体宽度；车体内部各个撑杆，主要用于控制车体内部各尺寸，如对角线、内高尺寸等，

使车体不出现扭曲。合理调整和使用各个部分的工装能将焊接变形的影响减小到最小。

2.4 焊后检测

车体焊接后不可避免的会产生焊接缺陷，如融合不良、弧坑裂纹、焊接引弧成形不好、焊瘤、熔深不够、夹渣等。进行焊缝检测，主要方法有目测（vt）、射线检测（rt）和渗透检测（pt），如不合格需要返修，剖开缺陷区域，继续施焊、检测直至焊缝合格为止。

3 铝合金车体的焊接工艺现状和发展趋势

3.1 铝合金材料制作的车体很轻、耐腐蚀，外观较平整，也环保，具有其他的金属材料无可比拟的优势，车体主要由底架、顶盖、侧墙、司机室、端墙五部分构成，材质主要使用的是6082、5083型的材质，焊接方法采用的是自动或者半自动的mig焊接方法。现阶段，城轨车辆铝合金车体很多零部件如地板、侧墙等等都采用的是自动焊，单丝自动焊的焊接速度一般很快，可以达到820mm/min，双丝自动焊接的最高速度也可以达到1830mm/min，使用者的经验和部件对质量和焊接的效率都会产生一定的影响。铝合金车体在焊接的过程中受到环境温度和空气湿度的影响很大，因为铝合金的热导率高，若是温度很低的情况下，会导致焊接的熔透性不好；焊接环境温度太高时，haz过热，强度下降的幅度较大[4]。除此以外，铝合金表面氧化膜具有很强的吸水性，导致水分在焊接的过程中分解产生了氢气孔。所以，在铝合金车体焊接的时候，环境的温度和空气湿度一定要达到焊接的工艺要求，空气相对湿度不大于60%，环

境温度保持在16-31度。最后，如何解决在铝合金的焊接过程中产生的烟尘对车间工作人员健康的危害，有效地治理氮氧化物、铝粉尘等等，也是铝合金焊接不容忽视的问题。

3.2 发展趋势

搅拌摩擦焊，是一种纯热力锻造的连接方法，利用搅拌针、轴肩和工作台面的摩擦热量使接回面的金属塑料软化，热软化的金属在搅拌头和肩部的共同作用下向后转移，从而填充了锻造的焊缝（图1）。在高速振动的焊丝把动能传递给焊接的热熔池的时候，对热熔池内的液态金属进行适量的搅动，改善熔池的冶炼效果，把熔池内的气体完全排出。和传统的弧焊相比较，搅拌摩擦焊在焊接薄板的速度的时候比较快，对于厚板结构的，搅拌摩擦的焊接速度和mig 差不多，但是mig的焊接层数很厚，一次性成功的概率很小，综合的焊接速度还是较慢。搅拌摩擦焊焊接接头的强度较高，如（图2）所示，抗拉强度完全超过mig焊接接头，而且产生的缺陷性很小，不需要焊丝和附带的保护气体以及不需要开坡口，降低了生成的成本，此外，在车间现场作业时不受车间温度和空气湿度的影响，保证了生产的进度。因为搅拌摩擦的焊接热量输入程度小，焊接产生变形的可能性小于mig，在焊接后进行修整的工作量几乎没有，在很大程度上降低了操作者的劳动量，在焊接的过程中没有出现金属液体飞溅、烟尘等不良现象，使工作人员免受了不良气体的危害[5]。

目前我国一些城轨车辆企业对焊接工艺在铝合金车体上进行了

基础研究，并且取得了一定的成果，但是还存在着一些不足，焊接工艺规范流程、补焊、检测的质量评价方法、行业的系统标准都没有形成，需要专业技术人员的深入研究，建立起一套规范的行业制度和准则。

4 结束语

随着科学技术的发展，焊接技术也向着高效、节能、优质发展；焊接工装也发展的越来越成熟，在模块化、柔性化、人性化等都在高速发展；工艺流程也在变得数字化、智能化，随着新的焊接材料和结构的不断出现，更新改进现有的工艺方法，提高焊接过程的机械化、自动化水平。而采用新技术，进一步提高焊接的质量，保证城轨车辆的生产质量，节能降耗，降低员工劳动强度、保证员工身心健康等方面都有着显著提升。

参考文献

[1]王俊玖.铝复合板材料的铝合金车体制造工艺分析[j].城轨车辆轨道交通研究，2010（5）.

[2]刘文斌.高速铁路客车铝合金车体制造工艺[j].铁道标准设计，2011（8）.

[3]唐许生.广州地铁三号线车辆门角焊接裂纹的防止[j].电力机车与城轨车辆，2009（3）.

[4]熊建武，周进.变形铝合金在轨道车辆中的应用[j].城轨车辆技术开发，2010（11）.

[5]李永军，孙秉和.高速动车铝合金体结构优化策略[j].计算机