浅谈高速动车组铝合金车体焊接工艺控制

浅谈高速动车组铝合金车体焊接工艺控制

摘要：铝合金材料具有良好的物理特性和力学性能，其焊接接头的力学性能、抗裂性及抗应力腐蚀性能，适用于制造轻轨车辆，在轨道车辆部件中的有着广泛的应用。本文简要介绍高速动车组铝合金车体焊接工艺，总结出了一些解决现场问题的方法和思路，以更好的应用于指导生产、提高质量和效率。

关键词：铝合金车体焊接工艺控制

一、前言

高强铝合金具有很高的室温强度及良好的高温和超低温性能，广泛应用于航空、航天及铁路运载工具的结构材料，如：高速动车组铝合金车体等。高速动车组铝合金车体代表着当今世界先进的铝合金焊接技术，从产品设计、工艺规划到生产制造，各环节都是高标准、严要求。因车体结构复杂、尺寸长，焊缝种类多，对操作者技能要求高，这给生产者带来了新的挑战。借鉴铝合金焊接生产的实际经验，通过在各种型号车体生产中逐步摸索、不断突破各个瓶颈难点，总结出一些新的经验方法，阐明了铝合金车体生产的工艺控制措施，逐步提高了生产质量和效率，满足了公司发展的需要。

二、铝合金焊接的特点

1）铝及其合金导热性好、热容量和线胀系数大、熔点低、高温强度低，焊接困难；

2）焊接时无颜色变化，难以确定焊接的坡口是否熔化，易焊穿、有裂纹，焊接操作难；

3）Mg、Zn、Mn易蒸发，影响接头性能。

4）焊接热源必须集中，以保证熔合良好；

5）要采用垫板和夹具，以保证装配质量，防止变形；

6）焊接之前严格清理焊丝和母材表面的氧化膜；

7）铝合金车体具有重量轻、节省能耗等优点，但是由于其尺寸大，焊缝长而且多，密集程度高，焊接变形较大，所以优良的焊接工艺决定了车体的整体质量。

三、铝合金车体焊接工艺

现结合我公司铝合金车体焊接工艺的经验，对铝合金MIG焊接方法的基本

要求讲解如下：

1、焊接方法及原理

目前公司铝合金车体除端墙采用电阻点焊、少数薄壁小件采用脉冲TIG外，其余工序全部采用脉冲MIG焊接方法，脉冲MIG焊是目前铝合金焊接技术应用最广泛、发展最成熟的方法。

MIG焊采用可熔化的焊丝作为电极，以连续送进的焊丝与被焊工件之间燃烧的电弧作为热源来熔化焊丝与母材金属。焊接过程中，保护气体-氩气通过焊枪喷嘴连续输送到焊接区，使电弧、熔池及其附近的母材金属免受周围空气的有害作用。焊丝不断熔化应以熔滴形式过渡到焊池中，与熔化的母材金属熔合、冷凝后形成焊缝金属。

2、焊接电源以及附属装置

2.1 焊接机器人

针对铝合金车体焊缝多为坡口形状规则的通长直焊缝的结构特点，底架、车顶、侧墙以及总装等通长薄壁型材的连接采用IGM K5龙门式激光跟踪焊接机器人系统。其焊接柔性好，可根据激光跟踪器检测到的焊缝形态自动的调节送丝速度和焊接速度，实现对装配不良处焊缝补偿功能。

2.2自动焊接专机

车体枕梁等厚板焊缝由于焊缝长度短（3M左右），焊缝形式平直、规则，接头断面形式变化不大，同时为提高焊接效率，选取KEMPPI 4200水冷自动焊接专机。

2.3 半自动脉冲MIG焊机

铝合金手工焊接采用逆变脉冲MIG焊机，实现了对焊丝熔化及熔滴的控制，改善电弧稳定性；可有效地控制输入热量，改善接头性能；脉冲弧焊的高频振动可以很好的清除铝合金焊接产生的气孔；可用粗焊丝（φ1.2、φ1.6）焊接薄铝板，实现了稳定送丝要求，减少气孔的产生。

3、焊材

目前铝合金车体用焊丝牌号采用SAF ER5356，可以满足目前铝合金车体上所有铝合金板材、型材的焊接。保护气体采用纯度大于99.999%的高纯氩气。

4、焊缝型式

为保证焊缝质量，要严格执行JIS 3604板材的对接接头和T形接头时的坡

口形状和以及间隙尺寸规定，详见JIS 3604表4。

铝及铝合金焊接时，坡口一般采用机械方法加工，常见的坡口形式如下：

5、焊前清洗、清理

必须对工件表面及型腔内部的铝屑、飞溅、毛刺、灰尘、机加工残留的切削液清理干净，然后使用异丙醇清洗液将焊缝区域清洗干净后用干净的白棉布擦干。

使用风动不锈钢钢丝轮将焊缝区域（坡口边缘两侧各20mm）氧化膜打磨掉，直到焊缝区域呈现亮白色。若清理氧化膜后12小时后并未焊接，在下次施焊前需重新打磨氧化膜。打磨过钢材的工具不得再用于打磨铝材。

6、焊接工艺

检查温湿度，作业区要求温度在5℃以上，湿度小于70%。环境不符合要求，不能进行焊接作业，当湿度超过60%而小于70%之间时，操作人员需随时关注湿度。夏季多雨季节湿度易超标，需多关注。对超过8mm厚板的接头使用氧—乙炔焰预热，预热温度80～120℃。

①引弧焊枪开关按下后，焊丝开始按预设速度送丝，同时保护气体开始流出。当焊丝接触工件表面而短路，产生很大短路电流使焊丝尖端材料气化引燃电弧。

②焊接引弧后，焊枪以一定姿态运行，焊枪与工件及焊接方向应保持一定的角度，但运行过程中可机动地调整。焊枪指向焊接前进方向时称为左焊法，焊枪指向反焊接方向时称为右焊法，如下图所示

③熄弧熄弧时容易产生弧坑及焊缝过热，从而产生弧坑裂纹。现代焊机一般都带有熄弧程序，可以在关闭焊枪开关后电流递减，并保持气体通送一定时间，从而时弧坑填满。操作者需要在关闭焊枪开工后继续停留一会再移开焊枪，并将余高过高处修磨平整。

四、小结

高速动车组铝合金车体焊接工艺，相对于普通结构件的焊接来说，是一种比较复杂的焊接技术，焊前工件的表面清理、接头的装配、焊接材料、保护气体、焊接参数、电源、环境、焊接技术等因素一个有波动，就很难得到预期的焊缝，操作者需严格遵守操作规程，才能焊接出漂亮、合格的焊缝。