铝合金地铁端部底架典型焊缝的根部熔合质量探讨

铝合金地铁端部底架典型焊缝的根部熔合质量探讨

张龙  刘永城  孟真

中车大连机车车辆有限公司        辽宁大连       116022

摘要：本文选择铝合金地铁端部底架焊接结构中的一种典型焊缝（T型接头单面HV焊缝）为研究对象，根据其在实际生产过程中常见的三种形式，结合接头结构、焊接位置等关键因素，开展焊接试验，并对其试件进行金相分析，从而掌握铝合金地铁端部底架焊缝的具体情况。

关键词：铝合金；端部底架；T形接头单面HV焊缝；根部熔合

铝合金地铁端部底架的材质为 ENAW6005A、ENAW6082，均属于6000系列（Al-Mg-Si）铝合金，根据EN573-3标准，前部底板与肋板，枕梁与牵引梁，牵引梁与缓冲梁，牵引梁腹板与车钩托架的局部连接，都是单侧 HV焊接。从 T型焊接件单向开槽焊缝的受力状况来看，这种焊接方式不但适用于端底盘，而且适用于车身其他部分的箱型及限制部位，并被大量采用。这类焊接接头对焊接质量的要求高，焊接困难，在传统的加工工艺下，焊接工艺制定、模具设计以及焊接人员熟练程度都有很高的要求。所以，研究 T型接头的单侧 HV焊缝处的焊合状况，可为其选用及制订焊接工艺提供一些借鉴。

1.焊接试验策划

1.1接头结构

针对T形接头单面HV焊缝的三种常见类型，欧洲轨道交通工具与零件的焊接规范 EN150853-2007中，给出了三种常见的 T形接头单面HV焊缝的 R尺寸，即 HV型焊缝的材料厚度为3—15mm，坡口角度为50-60°，对口间隙为1—3mm，钝边为1—3mm；有衬垫HV型焊缝的材料厚度为3—15mm，坡口角度为50-60°，对口间隙为0-5mm，钝边为0-2mm；带封底的 HV型焊缝的材料厚度为3—15mm，坡口角度为50-60°，对口间隙为0-3mm，钝边为0-2mm。上述三种HV型焊缝均为单侧焊缝完全熔化的 T型焊缝，其中坡口角度、坡口间隙和钝边是焊缝的主要接头尺寸，无论是对工艺参数，还是对根部熔合情况都有一定的影响。因此，本次试验为了更好地反映出三种接头形式的根部熔合情况，规定坡口角度应为55°，对口间隙是2mm，钝边是1mm。

1.2焊接位置

在铝合金地铁端部底架进行制造过程中，为了使焊接质量能够得到保障，一般是在PA、PB位置进行焊接，详见图1所示。

图1 焊接位置

1.3试验设备和材料

焊接方法为 MIG焊，焊接设备为KEMPPI 450型数字脉冲气体保护焊机，采用( A r) 99.99 %高纯氩气作为试验期间所使用的保护气体，试板母材的牌号为ENA AW6005A，其尺寸为300mm×160mm×10mm和300mm×50mm×3mm选用的填充焊丝为 ER 5356，直径为1.6mm试验母材和填充焊丝的化学成分详见表1所示。

1.4焊前准备和焊接工艺

在焊前，通过化学和机械的手段，清除坡口面和两侧的氧化膜、油污、灰尘等。通过刚性固定的方式，对焊接变形进行控制，在焊前进行预热，将预热的温度限制在100—110摄氏度之间，并采取火焰加热的方式，在进行预热之后，在要焊接的区域被冷却到低于70摄氏度的情况下，再进行焊接。从现有的 T形接头单面HV焊缝的生产现状来看，大多数的缺陷都出现在第1道焊缝上，因此，本次试验只对第一道焊缝进行焊接，优化后焊接的工艺参数详见表2所示。

1.5试板编号

本次试验主要是对焊接位置以及接头结构等因素进行组合，组合后进行编号，详见表3所示。

2.试件检测及分析

按照ISO17639-2003的规定，在试片焊接结束后，按照ISO17639-2003的规定，制作了一个大的测试样品，并按照ISO10042-2081中的焊接缺陷等级B类的规定，对焊缝的外表和内料进行分析。

2.1HV 焊缝

通过对 HV焊缝 PA部位及金相组织的研究，发现 PA焊缝的焊缝部位要比对PB焊缝的渗透性大，PA部位的底板根部有1.5米左右的焊缝，而 PB部位的底板根部有1米左右的焊缝没有完全熔化，这两个部位的根部都有一个不完全的缝隙，所以在焊缝的质量上，

PB的位置要比 PA的根部融合情况稍好

2.2有衬垫的HV 焊缝

从 PA点及PB点垂直金相图来看， PA、PB部位的焊缝根部熔化很好，没有发现任何的裂纹，并且都能达到焊接深度的标准。

2.3带封底的HV 焊缝

通过对 PA、PB部位的金相进行了对比，发现 PA、PB部位的焊缝均未出现明显的熔接现象，且在封底角区的焊趾过渡平滑，完全符合焊接技术的需要。

2.4试验结果分析

通过对 PA、 PB位置上三种不同形状的焊缝进行金相研究，发现在 PB处， PB处的焊缝要优于 PA处的根部焊缝M，结果表明HV型接头的根部结合性能最好，其次为加垫 H V接头，二者均可达到接头的性能指标；HV型焊条试样在根部产生不完全融合，达不到焊接质量的要求

结束语：

综上所述，从焊接截面的宏观金相图、焊接难度及产品使用情况进行分析，发现PB部位的焊缝成形质量优于部位 PA，而P部位焊缝成形困难；HV型焊缝在焊接后根部产生不完全融合的风险很大，而且根部的成型也达不到焊接的标准，因此需要采取其他技术措施来确保根部的融合；有衬里 HV焊缝与有后盖 HV焊缝的根部结合良好，二者比较，可优先选择带有后盖 HV焊缝的接头；带后盖 HV焊缝仅适用于双面焊部位，对于不能实现双边焊的箱型结构等限制部位，可采用有衬层 HV焊缝，二者比较，可提高HV焊缝的制造效率和适用范围。

参考文献

[1]王安平,谭俊,蒋磊,等.铝合金地铁端部底架典型焊缝的根部熔合质量分析[J].焊接技术, 2021(09):48-50.

[2]李国伟,王安平,杨定磊.铝合金地铁底架T形接头双HV焊缝的MIG焊工艺[J].焊接技术, 2022(02):72-73.

[3]王安平,蒋磊.铝合金地铁牵引梁HV形坡口焊缝MIG焊工艺分析[J].金属加工：热加工, 2020(11):35-37.