鋁合金車體焊接變形及其控制方法初探

侯繼峰

摘 要：現(xiàn)今我國(guó)的動(dòng)車組鋁合金車體大多采用的是傳統(tǒng)的熔化焊接方式制造的，動(dòng)車組鋁合金車體焊接存在焊接變形的類型較多，其中最主要的制約因素就是鋁合金材料的屬性以及傳統(tǒng)熔化焊接技術(shù)等。動(dòng)車組鋁合金車體焊接存在焊接變形的難點(diǎn)則是變形的控制難度大。本文主要從焊接的方法、型材組焊接順序以及焊接后的調(diào)修等幾個(gè)方面探討焊接變形以及變形控制，也對(duì)該領(lǐng)域的發(fā)展做了一定的展望。

關(guān)鍵詞：動(dòng)車組鋁合金車體；焊接變形；變形控制

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.20.031

隨著社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我國(guó)的城市化進(jìn)程在不斷地加快。由于人們過(guò)快的生活節(jié)奏，城市和城市之間以及城市內(nèi)部的交通備受關(guān)注。鋁合金車體結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出統(tǒng)領(lǐng)交通界的趨勢(shì)，越來(lái)越被廣泛的應(yīng)用在軌道客運(yùn)車輛的制造當(dāng)中。當(dāng)前，動(dòng)車組鋁合金車體大部分采用的都是大型中空薄壁型材組合焊接而成，因?yàn)檐圀w自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及鋁合金材料的屬性使得焊接過(guò)程當(dāng)中存在較大的難題。焊接失效會(huì)致使車體的報(bào)廢，這將會(huì)對(duì)于人們的生命財(cái)產(chǎn)構(gòu)成威脅，所以，焊縫的質(zhì)量控制和焊接變形控制是當(dāng)前最為迫切的問(wèn)題，勢(shì)在必行。

1 導(dǎo)致鋁合金車體焊接變形的原因

鋁合金焊接變形頻繁以及難以控制的原因主要有以下幾個(gè)原因：首先，鋁合金的熔點(diǎn)要低于鋼鐵的熔點(diǎn)，大約在540—640℃之間。但是鋁的溶解熱和比熱遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于絕大多數(shù)的金屬，并且是鋼鐵導(dǎo)熱系數(shù)的5倍。所以焊接鋁合金需要快速的提供大量的熱才能實(shí)現(xiàn)。并且膨脹系數(shù)也是鋼鐵的3倍，鋁合金焊接在溫度上和時(shí)間上的要求更高，這是導(dǎo)致鋁合金焊接變形頻繁、控制難度大的主要原因。

其次是焊接的累計(jì)次數(shù)多、類型多以及程度大等特點(diǎn)造成技術(shù)人員難以操作。因?yàn)橹圃斐杀九c型材成形技術(shù)的關(guān)系，鋁合金車體在多數(shù)情況下需要多塊型材插接組焊成大的部件模塊，這是因?yàn)橐话闱闆r下軌道車輛使用鋁合金的寬度為450mm左右。并且最終是由多個(gè)模塊組合焊接而成。

最后是二次焊接變形要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于一次焊接變形，兩次的焊接變形程度存在的差異較大。造成該差異的原因是因?yàn)槎魏附铀鶐?lái)的剛性壓緊應(yīng)力和收縮應(yīng)力的疊加遠(yuǎn)遠(yuǎn)比一次焊接所造成的焊接余應(yīng)力大。

2 焊接變形控制的具體措施

焊前的變形控制：首先是改善接頭設(shè)計(jì)，由部分業(yè)界內(nèi)的研究人員研究表明，在合理地焊接順序之下，可以簡(jiǎn)化焊接的工藝流程，避免不必要的焊接，從而可以提升焊接制造的效率，前提是使用插對(duì)接接頭剛度較好的型材插對(duì)接。其次在焊接前利用工裝固定裝置以及頂針等輔助工裝對(duì)工件進(jìn)行反變形以及預(yù)設(shè)撓度，從而保證焊后產(chǎn)品質(zhì)量。

焊中的變形控制：影響焊接結(jié)構(gòu)變形的關(guān)鍵因素就是合適的焊接參數(shù)以及合理的焊接順序。具體的焊接順序應(yīng)當(dāng)遵循以下原則：所有的焊縫都能被制定的焊接順序焊接；焊接的方向由中間向兩邊，由內(nèi)部向外部焊接，并且最大限度的讓焊縫無(wú)拘無(wú)束收縮；一般情況下，現(xiàn)先焊接對(duì)接焊縫；較長(zhǎng)的焊縫則要兩名工人同時(shí)進(jìn)行對(duì)角焊接，為了使得各處的焊縫所引起的變形相互抵消；對(duì)于焊縫當(dāng)中的多道多層的焊縫使用分段跳躍的焊接方式，也可以采用分段退焊的方法，以便于熱量輸入的分散性；保證焊接質(zhì)量，提升焊接的操作速度，焊接的位置、保護(hù)氣體、母材以及焊接接頭的形式的選擇是焊接參數(shù)定制當(dāng)中需要考慮的。

焊接后的變形控制：倘若焊接前和焊接后還未達(dá)到構(gòu)建外形尺寸所需要的要求，最后可以通過(guò)用局部的先加熱后冷卻的方法產(chǎn)生的收縮變形來(lái)糾正變形的工藝，通過(guò)熱調(diào)的方法對(duì)于工件的變形進(jìn)行矯正。使用壓力機(jī)或者是錘擊向變形的相反的方向敲擊，這是冷調(diào)的方式。一般情況下，對(duì)于焊接的矯正工作不僅耗費(fèi)人力，更是耗費(fèi)財(cái)力和物力。容易產(chǎn)生較大的噪音污染，對(duì)于工作的環(huán)境影響大，技術(shù)性的操作人員也是容易產(chǎn)生職業(yè)病。因?yàn)椴僮魅藛T的手臂頻繁的受到震動(dòng)沖擊，容易對(duì)肢體產(chǎn)生危害。除此之外，熱調(diào)如果操作不當(dāng)，也容易發(fā)生燒傷或者是回火爆炸等事故。所以，焊接的過(guò)程中盡量在焊接前或者是焊接中把所有的焊接變形控制好。需要注意的是在進(jìn)行變形的糾正操作時(shí)，糾正的時(shí)間要盡可能的縮短，還有板梁的結(jié)構(gòu)剛性較弱的時(shí)候，大多焊接變形的方式采用冷調(diào)。

對(duì)于鋁合金車體的較大的部件焊接變形控制的技巧。鋁合金車體的大型部件一般包含司機(jī)室、側(cè)墻、端墻、底架以及車頂?shù)取＿@類的大型部件一般主要采用的焊接是雙層長(zhǎng)大中空型材焊接的結(jié)構(gòu)。其具體的操作是使用工裝把工件扭曲的變形部分進(jìn)行固定，但是收縮的方向不用控制；長(zhǎng)大型材的焊接盡可能的利用自動(dòng)焊來(lái)進(jìn)行焊接，并在第一面的焊縫中心添加反變形支撐點(diǎn)，使得在焊接第二面的時(shí)候便于操作，這樣可以盡量的減少焊接變形。殘余壓應(yīng)力也是要辯證看待的，過(guò)多過(guò)少都不利于操作。總而言之，當(dāng)前避免潛在的焊接安全隱患的大趨勢(shì)即就是通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬焊接結(jié)構(gòu)以及焊接方法，尋找缺陷區(qū)域或者是易發(fā)生變形區(qū)域，最后優(yōu)化焊接的工藝設(shè)計(jì)并投入到實(shí)踐當(dāng)中。

3 結(jié)束語(yǔ)

動(dòng)車組鋁合金車體焊接制造當(dāng)中的重要構(gòu)成部分焊接變形控制系，當(dāng)前對(duì)于焊接變形控制方法的理論報(bào)道較為缺乏，但是對(duì)于當(dāng)前國(guó)內(nèi)的焊接變形技術(shù)方面的理論指導(dǎo)較少。根據(jù)目前企業(yè)生產(chǎn)以及鋁合金車體組焊的工藝可以提出以下幾點(diǎn)理論展望：減少焊接變形：使用低熱量輸入的焊接方式；修整工藝控制變形、確保焊縫的質(zhì)量：使用合理的方式定向釋放應(yīng)力；控制焊接變形：通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證以及計(jì)算機(jī)模擬來(lái)達(dá)到優(yōu)化焊接的工藝的目的。

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