铝合金地铁底架地板自动焊接变形控制

铝合金地铁底架地板自动焊接变形控制

1. 张涛，2.鲍明春，3.万立征

中车青岛四方机车车辆股份有限公司，山东省青岛市，266000

摘要：近年来，我国的科学技术的发展迅速，铝合金车体焊后变形一般采用火焰矫形或机械矫形的调修方式，以达到设计尺寸和外观要求，同时也可相应对焊后残余应力产生影响。根据前期对铝合金车辆6xxx板材和型材的研究，可知火焰矫形中的调修温度、矫形量、矫形次数、火焰与水冷间的距离都应该有相应的工艺要求，如果调修温度过高、矫形量过大、矫形次数过多都会对铝合金的母材、焊缝、热影响区微观组织与力学性能产生不利影响。因此，在铝合金车体组焊中，减少甚至不调修就能有效规避调修对车体力学性能和微观组织的不利影响。

关键词：铝合金地铁底架地板；自动焊接；变形控制

引言

针对铝合金焊接变形的问题，通过以A型铝合金地铁车体底架地板为研究对象，根据现状分析了底架地板变形机理，结合现场生产实际情况，提出底架地板焊接变形的控制方法，并通过现场验证，减少了调修次数，提升了产品质量。

1重要性

在金属材料的加工过程中，焊接就是通过加热、高温或高压的方式来接合不同金属的金属合成工艺。焊接技术是随着人类社会对合金的应用而衍生出来的。在古老的商朝就出现了利用铁和铜在高温下的融合来制作青铜器等金属焊件。随着现代工业化社会对合金需求量的大幅度提升，焊接技术也正在飞速的发展和创新中。其中铝合金制品已经是高速动车组制造中的关键材料之一，所以对于铝合金制品的需求量也日益剧增。在铝合金加工过程中，焊接成型过程中，时常由于铝合景表面上出现过多的缺口，而直接降低了所加工出产品的质量。本文针对铝合金加工过程中，焊接阶段所产生过多的缺陷问题，进行了深入的研究。铝合金加工过程中的缺陷是特指在焊接过程中，由于熔池中的气泡没有在合金凝固前及时的溢出，导致在铝合金制品上存在的空洞。这种造成铝合金表面上有空穴的现象，叫做铝合金成型成品的缺陷。缺陷的形成是铝合金加工中最常见的常见问题：在焊接过程中，由于大量的缺编问题，就会降低焊接夹缝的受力截面，严重时甚至会造成焊接夹缝的疏松和脱落，进而极大的降低铝合金制品的产品质量。下文为具体的减少缺陷控制方法来解决铝合金焊接加工中的缺陷问题。

2底架地板焊接变形

2.1V形坡口焊接收缩变形

针对底架地板型材采用的V形坡口对接接头形式，分析底架地板型材对接焊缝的焊接变形。底架地板组焊的工艺流程是先地板反面自动焊，再地板正面自动焊。由于底架地板采用中空挤压型材，结构较为稳定，焊缝熔池因快速冷却收缩产生的纵向应力，在纵向上的焊接变形表现形式主要是地板在纵向上的收缩，故本文仅考虑焊缝熔池因冷却收缩产生的横向应力。焊缝焊接后，焊缝熔池金属快速冷却时因受到制约而产生收缩拉应力，焊缝区域两侧型材受到的拉应力由里层至表层逐渐增大，导致型材发生角变形。

2.2底架地板型材正面焊接变形

由于反面焊接变形导致正面型材焊缝组对间隙增大，焊缝熔池体积增大，焊缝冷却时两侧型材受到的焊接应力也较正面大，因此正面焊接变形量大于反面焊接。在抵消反面焊接变形后，焊缝会继续收缩，地板型材仍会有较大的角变形。

2.3枕梁焊接变形的控制工艺

为保证枕梁平面度在焊后不进行调修的情况下满足图纸要求，需在枕梁组装过程中采取反变形措施，抵消枕梁在组焊过程中的焊接变形。为掌握枕梁焊接变形量的大小，枕梁试制前，利用枕梁型材进行了焊接工艺试验及验证，为后续的枕梁组装过程中采取反变形措施提供了依据。同时，按照标准的要求，完成了枕梁型材组焊的焊接工艺评定试验，编制了焊接工艺评定及焊接工艺规程。通过对枕梁结构进行分析，并结合前期生产跟踪以及试验验证情况可知，造成枕梁焊后变形的主要原因是枕梁上、下表面的2条通长焊缝的焊接变形。上、下表面焊缝处型材厚度分别为10mm及16mm，因厚度不同，焊接填充量差别较大，引起的焊接变形量也不一致，这就容易造成枕梁整体焊接完毕后在厚板侧宽度方向上的角变形。为消除因焊接变形引起的枕梁平面度超差，枕梁组装过程中，采取反变形措施。通过预置反变形，达到消除焊接变形的目的。

2.4工艺优化前底架地板焊接变形

底架地板正面自动焊时，需在底架地板正组工装上预制反变形，以保证组焊后地板平面度。前期工装设计时，在工装中心处预制3mm反变形，两侧边梁利用压紧装置压紧，正反面自动焊焊接顺序为由中心向两侧边梁进行施焊。工艺改进前底架地板自动焊后，平面度为8～12mm，为满足工艺要求（平面度≤3mm），需进行调修，在地板调修时采用火焰调修法对地板上焊缝调修2～3次，调修时长约6h，耗费大量时间与生产资源。

2.5底架地板焊接变形控制

随着火焰调修次数增加，铝合金晶粒逐渐长大，造成焊接接头力学性能下降，降低疲劳强度，影响焊缝质量。因此综合利用调整焊接顺序、工装预置反变形的方法对底架地板焊接变形进行控制，经现场实物验证，地板焊后平面度超差明显降低，提高了焊缝质量。（1）反面自动焊接顺序及变形由于铝合金导热率高，若焊接顺序不正确，易造成底架地板的严重变形，因此调整相应的焊接顺序可有效降低焊接变形。（2）正面自动焊接顺序及变形底架地板正面自动焊共有6条焊缝，同样采用两条焊缝同时进行自动焊接的方式。底架地板正面自动焊须将两侧边梁压紧，并在工装上设置反变形。利用焊接变形将其反面自动焊接变形进行抵消，减小焊接变形量，达到释放焊接应力作用，可有效控制底架地板整体的平面度。为消除焊接变形，牵引梁配件制造过程中预留反变形量;牵引梁组装过程中使用专用工装和配重砝码，该工装设置了上心盘定位水平面，以上心盘下平面为定位基准，并设置相应的水平检测点;优化焊接顺序，减少焊接变形，严格控制牵引梁垂头现象。

结语

通过对A型铝合金地铁车体底架地板焊接变形分析，采用调整焊接顺序，焊前合理预置反变形的方法，有效地控制了铝合金地铁底架地板自动焊接变形，降低了底架地板调修量，每台车缩短了生产周期约4h，有效降低了生产成本，对于现场生产具有实际指导意义。

参考文献

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