铝合金车体零部件焊缝包角裂纹分析及解决

铝合金车体零部件焊缝包角裂纹分析及解决

李光辉   陈东

中车南京浦镇车辆有限公司 江苏南京

摘要：铝合金车体零部件焊缝包角在实际运用中若端部焊缝出现开裂，对车辆运行安全而言存在很大风险。本文从某铝合金车体零部件焊缝包角裂纹问题为基础，对问题开展深入调查，从设计结构、焊接工艺等方面进行分析，对同类结构零件进行梳理，并结合产品特点提出了改进建议。

关键词：铝合金车体；焊缝包角；裂纹

铝合金车体零部件焊缝包角是铝合金车体焊接过程的薄弱部位，较易因零部件的应力集中、端部起收弧作业不规范以及受外力等因素影响产生裂纹，这就对零部件焊接结构设计、焊接工艺制定、现场实际生产等各环节提出了更高的要求。因铝合金材质的特殊性，其端部的包角裂纹会进行延展，对车辆运用安全生产不利影响，生产过程中必须加以杜绝。

1.包角焊缝开裂问题

某铝合金车体项目车下零部件焊缝端部表面油漆开裂，经调查裂纹区域均集中在焊缝端部，开裂处大多存在焊缝端部收弧包角不良，个别车辆支架与底架边梁还存在一定的间隙。见图1。

图1  焊缝开裂照片                                 

2.设计结构介绍

本次出现质量问题的零部件材质为5083-O，采用搭接接头、三边焊，要求三边焊的支架，一般是结构上无法实现周圈满焊或者认为三边焊就可以满足使用强度要求。经分析，该设计结构存在以下特点：1)支架与边梁接触部位存在尖角，且属于非对称结构，焊接后在拐角处容易出现应力集中问题；2)支架竖边焊接部位过短，起收弧处由于焊缝散热过快导致拉应力过大容易形成未熔合、裂纹等缺陷；3)卷边部位不焊接，且该处暴露在车下，车体实际运营中外部环境中的水等介质会进入支架底板与边梁贴合处，长时间会引起腐蚀问题。

该处车体焊接后，在后工序总装时，在此支架上安装过渡支架，采用 M8 的螺栓（扭力值为 19Nm）进行安装。由于线路安装与车体零件定位的累计误差，可能会导致后续在安装相关部件时，对车体零部件进行调整。

3.焊接工艺介绍

根据EN 15085相关要求，对于具备延续焊接条件的部位，工艺要求在端部、拐角处进行延续焊（包角），延续焊长度L≥2t（t板厚），最小为10mm，本次出现质量问题的零部件具备延续焊条件，应该进行延续焊（包角处理）。

图2  包角图示

4.同类结构梳理

某铝合金车体焊接支架为电气、制动、给排水、设备舱等系统提供安装使用，共计约120余种。焊接支架90%集中于底架端部区域，按照其与主结构的焊接方式主要分为周圈满焊、三边焊、段焊三种，其比例如下：

其中，要求三边焊的支架，一般是结构上无法实现周圈满焊或者认为三边焊就可以满足使用强度要求。对三边焊支架结构进行分析，除了传感器支架外，其余支架自身或与车体骨架接触部位均为对称结构。

5.结论

经过对实物焊接质量进行观察，结合设计结构、焊接工艺分析，以上车体零部件包角焊缝开裂的原因为：零件焊接时延续焊（包角）执行不到位，在支架拐角处收弧，在收弧处可能存在的缺陷、结构应力集中、安装使用扭转、运行中的震动等综合因素作用下在焊缝端部产生裂纹。

6.改进建议

1）对于要求三面焊的支架，对具备周圈满焊条件的，建议设计焊接要求更改为周圈满焊，以避免由于起收弧缺陷残留、未包角导致开裂，运营中未焊接部位进水造成腐蚀等可能对结构质量安全造成隐患的因素，如图3所示

图3  优化焊接方式

2）加长焊接直接的竖边，避免起收弧处由于焊缝散热过快导致拉应力过大容易形成未熔合、裂纹等缺陷，如图4所示：

图4  优化结构

3）制作支架安装定位样板，增加零部件组焊过程中定位的准确性，避免由于安装角度存在误差在后工序安装使用过程中进行调整使其受力增加，更可能由于频繁的受力活动，对焊缝端部薄弱部位造成损伤。

4）开展模拟焊接工作试件，有针对性的对焊缝端部包角的焊接开展专项技能培训，对起收弧的细节手法进行专研，使焊工掌握该类包角的焊接操作要点；

5）加强焊接质量控制，重点对三面焊支架起收弧部位质量进行控制，避免裂纹、未熔合等原始缺陷。

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