城轨车辆搅拌摩擦焊质量控制及检测技术

物， 可使 用 白棉布或工业擦 拭纸蘸异丙醇 清洗待焊接 区域 ， 再
使用风动不锈钢 丝轮抛 光 ， 采取 以上措 施 以后 可避 免焊缝 固
图 １ 单 层 结 构 接 头 形 式
体夹杂物 、 Ｓ 线等缺 陷。 ２ ） 工件 型位 尺寸方面 ， Ｆ Ｓ Ｗ 由于不需填充 金属 ， 对工件本 身及装配精度 比熔 焊有 更高 的要求 ， 目前 国 内用 于铝合 金 车 体的 Ｆ Ｓ Ｗ 采用 的搅拌针 都是 固定 式 的， 搅拌头选 定后搅 拌针 长度是 固定的 ， 搅拌头 的插入深 度选定后 ， 如果工件 沿整个接 ６１
当、 原材料尺寸超差等原 因也会 带来新 的焊接缺 陷。 目前搅拌 摩擦焊技 术在 国 内虽然得到 了推广 和应用 ， 但关于 Ｆ Ｓ Ｗ
的 文 献 大 多是 对 其 机 理 、 性 能及 应 用 的研 究 和描 述 ， 对 批 量 生产 的 工 业 化 产 品 ， 其 焊 接 缺 陷检 测 方 法 和 技 术 、 质 量 控 制
备和优化 的焊接参数进行焊接 ， 焊接质量 一般都能得 到保证 。 在焊前 、 焊时 、 焊后 三个 阶段都 应得 到足够 重视 ， 对其 进行 质
量控制 。
辆应 用 Ｆ Ｓ Ｗ 是近 ５年才发 展起来 的 ， ２ ０ １ ０年 在南 车株洲 电力 机 车有限公司率先 实现 了工程 化应用 ， 后 续也在 国内各轨 道 交通装备制造厂家得到不 同程度 的应用和推广 。 ２ 搅拌摩擦焊 技术在城 轨车辆上的应用
随着 铝型材挤 压技 术 的发展 ， 城 轨车 辆车体 广泛 采 用大 断面铝合金预制挤压型材 。搅拌摩擦 焊技术在 铝合金 车体 中
Ｆ Ｓ Ｗ
／
◆ ＼ Ｆ Ｓ Ｗ
图 ２ 双 层 结 构 接 头 形 式 ４ ． １ 焊 前 质 量 控 制
的应用 部位 广泛 ， 可 方便、 有效 的实现单 层 、 双层 铝合 金 预制
方面的介绍较少。文章简要介绍城轨车辆铝 合金 车体搅拌 摩擦焊 的焊接 缺 陷及 产生原 因， 将 工作 中总 结 出的 常见缺
陷、 检测方 法和技术 、 质量管控手段 等进行 了介绍 ， 对搅拌 摩擦焊技 术在城 轨 车辆 上的 工业化 应用具 有一 定的指 导作
用。
关键词 ： 搅拌摩擦焊 ； 城轨车辆 ； 焊接技 术； 缺 陷； 质 量控 制
搅拌摩擦 焊（ Ｆ ｓ ｗ） 是英 国焊 接研究 所 （ Ｔ ） 于 １ ９ ９ １年发 明的一种新型 固相 焊接技 术 ， 以其 特殊 的焊接 机理 及优 良的
焊接 性能倍受青睐 ， 尤其 在铝 合金 的焊接上取得巨大成功 。
在轨道车辆方面 ， 欧洲 、 日本 的著 名列车 制造商都 在采用 Ｆ Ｓ Ｗ 技术 。Ｆ Ｓ Ｗ 在列 车中 的应 用部 位广 泛 ， 涉及 的焊 接 位置 有： 顶板 、 壁板 、 地板 、 列车 底架 、 以及最 终组 装。 国内轨道 车
技 术 与 市 场
２ ０ １ ３ 年第 ２ ０ 卷第 ６期
技术研 发
城 轨 车辆 搅 拌摩 擦 焊质 量控 制及 检 测 技术
刘文科
（ 南车株洲电力机车有限公司， 湖南 株洲 ４ １ ２ ０ ０ １ ）
摘 要： 搅拌摩擦焊是 一种新 兴的机械 化焊接 工艺 ， 可 以避免熔化焊 易产 生裂 纹、 气孔等缺 陷。但 由于工 艺参数 选择 不
３ 铝合金车体 Ｆ Ｓ Ｗ 常 见缺 陷
铝合 金搅 拌摩擦焊常见的缺陷有未 焊透 、 隧道 型缺 陷、 裂
纹状 、 尾孔 、 表 面沟 槽 、 焊 接 塌 陷、 飞边 、 弱连 接 、 背 面 穿透 缺
技 术 研 发
Ｖ ０ １ ． ２ ． Ｕ， Ｎｏ ． ６ － ２ ０ １ ３
缝处的厚度不均匀 ， 就 可能产 生未焊 透的情 况。焊前 应采 用 游标卡尺对工件厚度进行 多点 位测量 。
多， 对焊接质量产生交互影 响。 目前 铝合 金才有搅拌 摩擦焊 ，
的挤压工件 ， 沿焊缝方 向的直线度 控制不易 ， 存在变 形。 目前
对接 间隙均控制在０ ． ５ ｍ ｍ以下 ， 以有效 板厚 的 ０ ． １ 倍 以下 为
宜 。而 对 于 双 层 挤 压 型材 的装 配 ， 属 于对 搭 接 的一 种 形 式 ， 除
条合格 的 Ｆ Ｓ Ｗ 焊缝 ， 合格 的工件 、 适 当的焊接设备及工装 夹具
和合理 的工艺方案缺一不可 。 ４ ． １ ． １ 合格 的工件
１ ） 工件在焊前一般 需进 行清 洁 ， 如清 除母材 上 的表面 氧
化物 、 防护处理 物、 胶粘 物 、 油脂、 污 垢 等对 焊 接有 害 的污 染
类、 工件的结构特点 和板 材厚 度来选择 合适 的搅拌 头才 能保
证焊 接质 量Baidu Nhomakorabea。
３ ） 目前应用 在铝 合金 车体 上 的 Ｆ Ｓ Ｗ 焊缝 以对接形 式 为
主， 理论上两工件对接处贴合为最佳 ， 而实际上对 于长度较 长
２ ）对于任何金属材 料在进行搅 拌摩擦焊 之前 ， 都应进 行 工艺试验 以确定 出最佳 的焊接参数 ， 搅 拌摩擦 焊的焊 接参数
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ６ —８ ５ ５ ４ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ６ ． ０ ３ ０
１ 概 述
陷、 钩等 ， 详细可查 阅相关标准和论文 。
４ 搅拌摩擦焊质量控制 搅拌摩擦焊是机 械化 的焊接 方法 ， 如果 采 用专用 焊接 设
型材的连接 。目前 已得到 应用 的焊接 位 置有 ： 顶板、 侧墙板、 地板 、 底架部件 等。按接 头形 式可分 为单层 和双层 ， 图１ 是单
层结构接头形式 ， ａ为 车体底 架某 部件 接头 结构 ， ｂ为车体 顶
盖接头结构 ， 图 ２为典型 的双层结 构接头形 式 ， 在 整个 车体 的 双层型材结构 中均适用 。 焊前质量控制 项点 较多 ， 也是 最关 键 的一环 。要 得 到一