磁悬浮列车焊接难点分析与应对

磁悬浮列车焊接难点分析与应对

吴昊1 王海洋2  班仁龙2

（1.中车唐山机车车辆有限公司 唐山市  063035

2.天津中车唐车轨道车辆有限公司 天津市300300）

摘要：磁悬浮列车是靠超导磁体与轨道感应电流之间的斥力或靠铁芯电磁铁悬挂在导体下方，利用它与导轨之间的斥力使列车浮起，因此，在车体结构的设计上必须满足轻量化要求。磁悬浮车体结构的特殊性，磁悬浮车体多使用特殊的铝型材，有薄壁结构铝型材、中厚板铝材、蜂窝铝板材等，对焊接提出更高的要求。铝及铝合金由于具有独特的物理化学性能，在焊接过程中产生一系列问题。针对磁悬浮车体生产过程中的常见焊接缺陷，分析了缺陷产生的原因，并提出相应的解决措施。

关键词：磁悬浮车体  铝合金  焊接问题  解决措施

正文：

1.前言

节能、安全、舒适、环保是交通运输业发展的大趋势，磁悬浮列车的出现可以说是一场前所未有的具有深远意义的革命。磁悬浮列车是靠超导磁体与轨道感应电流之间的斥力或靠铁芯电磁铁悬挂在导体下方，利用它与导轨之间的斥力使列车浮起，因此，在车体结构的设计上必须满足轻量化要求。磁悬浮车体的结构多采用薄壁铝型材与蜂窝板材靠焊接与铆接的方式连接而成，使用特殊的铝型材有薄壁结构铝型材、中厚板铝材、蜂窝铝板材等。因此，为了满足磁悬浮车结构的要求，还必须拥有较高的焊接水平来完成薄壁铝型材的焊接工作。铝合金由于具有独特的物理化学性能，在焊接过程中容易会产生一些问题，因此焊接过程中非常有必要进行焊接质量的有效控制并采取相应的解决措施。

本文结合磁悬浮车体焊接难点和生产过程中出现的问题进行分析讨论，提供解决方案和处理措施，通过优化焊接工艺，调整操作手法，改进装配质量等措施，提高了焊缝质量，保证磁悬浮铝合金车体焊后的尺寸要求。

2.磁悬浮车体焊接难点及解决措施

磁悬浮车体结构主要由底架、8面侧墙、车顶（平顶与圆顶）及4面端墙板组合焊接成为一个整体。车体主要所用材料为大型中空挤压铝型材与蜂窝铝板材焊接或铆接而成，属薄壁结构，这样质量较轻，隔音效果较好，尤其是侧墙、地板与车顶。各部分之间的连接形式为：底架与侧墙、侧墙与车顶、端墙板与车顶、端墙板与侧墙均采用搭接焊结构，为了提高焊接质量，车体设计中尽量选用了纵向焊缝。

针对磁悬浮车体在焊接过程中出现的一些问题，采取相应的解决措施，有效的控制了焊接质量，磁悬浮车体焊接难点及解决措施如下。

2.1底架门槛部位焊接裂纹

铝及铝合金焊接时，在焊缝金属中形成结晶裂纹的倾向性和在热影响区形成液化裂纹的倾向性均较大，往往由于过大的内应力而在脆性温度区间内产生热裂纹。这是铝合金，尤其是高强铝合金焊接时最常见的严重缺陷之一。磁悬浮底架门槛位置附近焊缝，有以下几种形式的裂纹。

2.1.1底架门槛下部及两端的裂纹

底架边梁与门槛型材连接的2HY焊缝，磨平后PT检测，多处线性显示。由于HY形焊缝根部尖角处的过大内应力而在脆性温度区间内产生热裂纹。

由于2HY焊缝要求一层一道焊接，焊缝根部不易熔合，以致在应力作用下焊缝产生微裂纹，焊缝磨平后表面进行渗透检测，存在线性显示不合格。应采用稍大电流强电弧进行焊接，保证焊缝根部熔合质量。提高了PT合格率。焊接方向从中间向两侧焊，采用分段退焊法进行焊接，以减少焊接变形。

2.1.2底架门槛处侧墙与边梁连接焊缝裂纹

底架门槛处侧墙与边梁连接2HY焊缝表面开裂。先作PT检测确定裂纹长度，去除缺陷（铣至焊缝2mm深），焊前用钢丝刷彻底清理坡口及相邻两侧母材，用TIG焊接，焊后磨平PT检测。由于临近侧墙两端的2HY焊缝根部间隙较大，无法补焊，在裂纹长度方向，铣开长度延长1-2倍实际裂纹长度,打磨处进行渗透检测，确认将缺陷彻底去除后,用密封胶密封处理（参照止裂孔作法）。

2.2侧墙板焊接问题

侧墙板结构特殊，型材与板材混合组装进行焊接，焊接过程中出现了焊洇和焊接裂纹。侧墙板型材的厚度不足3mm，仅有2.5mm，由于板厚比较薄，加之原材料壁厚值的不准确，致使在焊接过程中容易造成焊洇与热裂纹。图1中的是在磨平相应焊缝余高后渗透检测发现的线性显示，去除缺陷时导致清漏型材。

图1 侧墙板3V焊缝磨平处线性显示

对于图1中左图的问题，去除的深度已经到达了4mm，超过了焊缝的厚度，对于边缘显示部分是母材的板边，只要确保在焊缝方向上不存在纵向的线性显示，便可以补焊。而对于图1中右图已经清漏的位置,需要向型腔内插入一4mm厚的铝垫板，在坡口内点固，用铣刀去除点固段焊起弧和收弧的缺陷，在点固焊缝上开沟，以不妨碍打底焊为宜，在坡口两端加引弧板和收弧板后再进行打底和盖面焊接。焊后磨平焊缝余高，进行渗透检测。

2.3端墙板变形

端墙板焊接时由于焊缝密集,且焊缝大多在端墙板的一侧,致使端墙板下胎后焊接变形较大，给调修和后道工序装配造成很大困难。

在焊接时采用交错对称焊，分段焊接的方法进行焊接，有效控制了焊后变形。在保证焊接质量的前提下，尽量减少焊接热输入，并且使热量分散开，减小各工件之间的拘束力，将变形控制在最小范围内。通过采用该焊接顺序，变形问题得到解决，减小了焊后调修量，提高了生产效率。

2.4车体装配间隙及错边

图2装配间隙及错边

磁悬浮车体由底架、8面侧墙、车顶（平顶与圆顶）及4面端墙板组合焊接成为一个整体，由于都为薄板及型材焊接，单件焊后存在变形等，到车体总成时，出现了装配间隙和焊前错边等问题，如图2所示。侧墙与车顶连接焊缝外侧为4HV形式，由8面侧墙拼装而成的侧墙与底架连接处外侧为3V焊缝。由于各部件的公差尺寸及焊接变形造成装配间隙和焊前错边等问题。

解决措施：严格控制焊前装配间隙和焊缝坡口错边，车内用支撑杠和顶镐来调整装配间隙和错边。车内点固段焊长80mm间距800mm，检查车外4HV和3V焊缝的错边情况，如局部错边用塑料锤子调平，车内对应位置加点固段焊。焊前检查保证在工装卡具卡紧状态，采用手工MIG焊接，采用大功率焊接参数，两名焊工同时操作，从中间往两端采用斜对角焊法。这样有利于控制焊接变形，减少车体焊接应力。

2.5焊接气孔

图3焊接气孔

磁悬浮铝合金车体打砂后的主要缺陷为气孔，大多不能打磨去除。必须用铣刀完全去除缺陷，开船型坡口，保证焊缝熔合。补焊采用MIG的“特四步”焊接，保证焊缝起弧和收弧处焊接质量。焊枪与焊缝接头保持75-80º夹角，在保证熔合的前提下采用快速焊，减少气孔的形成。经过长期跟踪，并对补焊焊缝磨平PT检测效果较好，有效控制了焊接气孔的产生。

3 结论

本文结合磁悬浮车体焊接难点和生产过程中出现的问题进行了分析讨论，有针对性地提供了解决方案和处理措施，通过优化焊接工艺、调整操作手法、改进装配质量等措施，提高了焊缝质量，保证了磁悬浮列车铝合金车体焊后的产品质量与尺寸要求。

参考文献

周万盛、姚君山.铝及铝合金的焊接［M］.北京：机械工业出版社，2006.448-449

IS010042铝及铝合金的弧焊接头缺陷评定, 2018, ［S］

EN 15085-1～5，轨道车辆和车辆部件的焊接－第1部分～第5部分,2007［S］