高速列車鋁合金車體焊接缺陷分析及工藝探析

耿春明 呂明 侯思宇

摘 要：鋁合金作為當前較為常見的金屬材料，具有很多優點，如密度低、強度高、塑性好等，正是這些優點的存在，使其被廣泛的應用到生活、科技等諸多方面，其中包括高速列車的制作當中，有效對鋁合金車體進行焊接，可以提升高速列車的安全與穩定性。基于此，本文通過對高速列車鋁合金車體焊接工藝的簡單概述，進而分析了高速列車鋁合金車體焊接缺陷，并提出了相應的改進策略，以提升高速列車鋁合金車體的焊接質量。

關鍵詞：高速列車;鋁合金;焊接缺陷

引言：高速列車車身生產時，通常需要利用焊接的方式，將鋁合金拼接到一起，使其構成一個車身整體。然而，在拼接的過程中，受到技術工藝、人員等多方面因素的影響，導致焊接當中依然存在很多缺陷，影響高速列車車身的正常性能，增加列車的運行隱患。因此，對高速列車鋁合金車體焊接缺陷分析及工藝進行研究具有重要意義，為高速列車鋁合金車體更好的焊接奠定良好基礎。

一、高速列車鋁合金車體材料焊接工藝概述

高速列車鋁合金車身焊接時，主要采用的是三角補強焊接技術，該技術有以下幾個要點：（1）在焊接之前，利用特定溶液，對焊接處進行清理，除掉油質與灰塵。（2）利用處理后的鋼絲球，對焊道進行打磨，除掉保護膜。（3）通過多焊道的方式，焊接鋁合金車身，焊接溫度為60℃;焊接原理為：沿著相同的順序，先焊接車身正面，然后焊接車身的背面，以圖1所示為例，焊接順序為：F1（正面）、F2（正面）、S1（背面）、S2（背面）。（4）不論是起始引弧，還是終止息弧，都要在車身上，并在焊完后，對其打磨，保持車身的平整。（5）對F1與S1焊接時，前后移動焊接設備;對F2、S2焊接時，圓形移動焊接設備。

二、高速列車鋁合金車體焊接缺陷

（一）裂縫缺陷

高速列車鋁合金車身焊接時，可能出現裂縫的缺陷，雖然該缺陷的發生率較低，但會對車體帶來嚴重危害。若車身出現裂縫，不僅影響車體結構強度，而且還列車在運行時，頻率較高，所承受重量較大，很容易使裂縫缺陷不斷加劇，對整個車體造成嚴重損害，從而引發嚴重的安全事故。在車身焊接的過程中，下述原因可出現裂縫：（1）焊接時，并未針對車身得到具體情況，選擇合理的焊接材料，導致焊接處出現裂紋。（2）坡口分析較大的部位，或者是卷邊接頭處，由于對焊接技術要求較高，因而也很容易出現裂縫。（3）焊接操作時，未按照相關要求進行焊接，使得車體內的應力大幅度增加，當其提升至一定高度后，就會出現裂縫。

（二）氣孔缺陷

對鋁高速列車鋁合金車身進行焊接時，經常會出現很多缺陷，其中，最為常見的為氣孔，受到一缺陷的影響，會減少焊縫的堆積比率，降低接頭的受力面積，影響接頭的各項物理性能，特別是冷彎能力影響更為顯著。導致這一缺陷出現的原因有很多，主要有：（1）開展焊接工作之前，未對鋁合金清理，或清理的不夠徹底，導致鋁合金上附著一些有機物或水分，這些物質在高溫的作用下，會產生一些H2;（2）鋁合金焊接時，自身也會產生少量的H2;（3）在保護性氣氛內，含有少量H2;（4）焊接過程中，氣流量不充足，氣流穩定性較差，焊嘴存在雜質等，均會產生H2。

（三）未熔合缺陷

高速列車鋁合金車體焊接時，容易出現未熔合的缺陷，即在部分區域內，焊道與車體并未有效的連接到一起，依然存在一定間隙。若出現這一缺陷，會對接頭的物理性質造成嚴重影響，降低力學性能，嚴重時，甚至會干擾焊接結構的性能，降低車體的承載能力。對于這一缺陷來說，引發原因為：在鋁合金方面，具有較強的導熱性，能夠快速將熱量傳遞出去，加之鋁合金熔點不是很高，導致在焊接時，很容易出現未熔合的現象。如果焊接場所周邊溫度不是很高，則會增加該缺陷的發生率，擴大該缺陷的危害程度。目前，在高速列車鋁合金焊接工藝當中，這一缺陷依然是一個難點。

（四）夾渣缺陷

除上述三個缺陷之外，高速列車鋁合金車身焊接時，還會出現夾渣缺陷，一般來說，指的是在按照規定流程焊接時，在車身的表面，出現了一些氧化物，或者是鋁合金自身的雜質等。若出現這一缺陷，則影響焊接處的抗腐蝕性，很容易在車體表面形成一些化學物質，或者出現一些腐蝕孔，不僅影響車體的美觀性，而且還降低車體的性能。導致這一缺陷出現的原因有兩個，一是焊接前，并未將氧化膜完全清理，使其遺留在車體表面，焊接時，在高溫的作用下，氧化膜會隨著鋁合金的融化，形成熔池，當熔池凝固后，即可生成夾渣。二是開展TIG焊接工序時，保護性氣氛較差，易引起鎢極燒損，滯留在焊縫中，從而出現夾鎢的問題。

三、高速列車鋁合金車體焊接的改進

（一）裂縫缺陷的改進

為了防止裂縫缺陷的出現，應采取以下措施：（1）焊接時，對控制熔池內部成分，即選擇合理的鋁合金與焊接材料。據大量實驗與實踐驗證，采用Al-Zn-Mg-Cu鋁合金材料時，更容易出現裂縫缺陷，因而在焊接過程中，盡量不采用該材料，而選擇Al-Zn-Mg鋁合金材料。這樣不僅有效對裂縫進行了預防，而且還會提升焊接質量。而在焊接材料方面，則應使用抗裂縫的焊絲。（2）焊接的過程中，若收弧不合理，則會產生弧坑裂縫。因而在實際當中，焊接人員在收弧時，應將弧坑填滿。（3）在接頭處，兩側鋁合金的厚度不能相差太大，避免由于散熱存在差異而引發裂縫。

（二）氣孔缺陷的改進

為了避免氣孔缺陷的出現，高速列車鋁合金車體焊接時，應采取以下措施。（1）在焊接之前，應仔細對車體表面進行清理，特別坡口等細節方面，更細的要更加徹底，以保證車體表面的潔凈程度，進而防止氣孔的出現。（2）在焊接時，應選擇良好的保護性氣氛，如采用高純度的Ar等，純度越高，對焊接工序的保護力度越好，正常情況下，純度應大于99.99%。在焊接的同時，還要對保護性分為進行監控，當其純度下降到一定程度后，應及時進行更換。（3）控制焊接場所的濕度，若濕度較大，應增加除濕器，若濕度較小，需添加濕度計，用來對室內濕度進行檢測，當濕度超過70%，則停止焊接。（4）焊接時，盡量連續焊接，確定較強的參數，延長熔池高溫時間，加快氣泡的逸出速度，防止形成孔洞。

（三）未熔合缺陷的改進

首先，設定良好的焊接溫度，一般來說，最好超過15℃，必須情況下，還應對鋁合金預熱，以降低其冷區速度，如鋁合金厚度超過7mm，應經期放置到150℃的環境中預熱。其次，采用調控焊接技術，控制熔池的溫度，若線能力較高，會提升變形程度，若線能量較低，則影響焊道與鋁合金的熔合，因而需要采用一些線能量偏高的技術。

（四）夾渣缺陷的改進

對于夾渣缺陷來說，主要是在焊接之前，處理車體表面的氧化膜，通常來說，處理方法有兩種，一是機械處理法，即利用銼刀、砂紙等工具，對坡口進行打磨，將該區域的氧化膜去除。二是化學處理法，即向車體表面涂抹相應的化學試劑，待一段時間后，利用柔軟的布片將試劑擦掉。這種方法不但處理了氧化膜，而且還會去除油質。將氧化膜處理后，應盡快焊接，避免鋁合金裸露在空氣中再次形成氧化膜。

總結：綜上所述，高速列車鋁合金車體焊接時，受到諸多方面的影響，導致其中依然會出現裂縫、氣孔、未熔合、夾渣等缺陷，降低車體的性能。所以，在對車體進行焊接時，應針對這些缺陷的引發原因，制定出合理的預防方案，降低這些缺陷的發生率。

參考文獻：

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