鋁合金動車組受電弓安裝座組焊工藝研究

賀偉棟

（中車青島四方機車車輛股份有限公司，山東 青島 266000）

受電弓具有弓頭質量小、良好空氣動力學特性、良好的受流性能、結構簡單、維修方便等特點，是高速列車的十大關鍵技術之一。現在我國高速列車的速度已經發展到380km/h，運行時受電弓運動振幅加大，因此對受電弓安裝提出了更高的要求，下面介紹一下高速列車受電弓安裝座的組焊工藝。

1 材料性能

1.1 基本性能

與其他金屬相比，鋁具有密度低、導電率高、熱導率高的特點，并且塑性和加工性能好，但強度較低（只有90MPa左右）。另外，鋁金屬表面一般都有一層致密的氧化膜，可防止酸腐蝕，但在堿性溶液中會被迅速破壞。

由于鋁合金上述特性，會在后續焊接過程中產生一系列影響，如較強的氧化能力、較大的熱導率和比熱容、線膨脹系數大、容易形成氣孔，故在焊接前要對母材進行特別處理。

1.2 鋁合金車體材料簡介

鋁合金普遍應用于動車組車體生產過程中，通過添加鎂、錳、硅、銅、鋅等元素，可獲得不同性能的金屬材料，適用于車體不同受力部位。目前主要由5000系列（Al-Mg合金）、6000系列（Al-Mg-Si合金）、7000（Al-Zn-Mg-合金）系列。

5000系列、6000系列、7000系列呈現不同的特性，普遍使用的鋁合金主要A5083、A6N01，A7N01三種材料，其中A5083用在骨架及板狀的制件，其耐蝕性、焊接性好，但擠壓性能差；A6N01主要用在車頂、側墻、底架地板、端墻等受力不大的部件；A7N01主要用在牽引梁、枕梁、車鉤座、緩沖梁、高度閥座、抗蛇形扭桿座等受力較大的部件制造。受電弓安裝座材料為A5083P-O（退火）。

2 受電弓安裝座施工工藝

在車頂的生產過程中，受電弓安裝座是比較重要的部件，其安裝的質量好壞直接關系到受電弓的安裝質量，從而影響到牽引動力的順利流通，所以在安裝時必須遵循一下流程進行施工，如圖1所示。

圖1 受電弓安裝座施工工藝流程

2.1 開工準備

檢查焊機，準備風動砂輪機、風動銑刀、安裝樣板、膠片樣板、塑料錘等是否處在正常使用狀態，如圖2所示。

圖2 開工前的準備

受電弓安裝座安裝的檢查：安裝前必須檢查各個工件的尺寸情況，并且各零件表面要干凈、整潔、無油污、各端面要平整、無毛刺。

2.2 受電弓安裝座安裝、點固

受電弓安裝座安裝在車頂的外側，為了保證緊密安裝，首先對車頂板外已焊焊縫進行處理：用風動銑刀將安裝部位的通長焊縫部位焊縫余高磨平，如圖3所示。

根據膠片樣板畫出的安裝座安裝位置，先將中間受電弓安裝座放置，在劃線部位對正，再將另外兩個安裝座預放置，然后放上安裝樣板，放入定位銷，將受電弓安裝座整體定位，要求安裝座底座與車頂板間隙要求小于1mm，上平面卡平間隙不超過1.5mm，如圖4所示。

圖3 安裝部分焊縫余高處理

圖4 安裝樣板使用示意圖

將受電弓安裝座點固后松開安裝樣板，然后進行點固，焊此板厚組合為3mm+5mm鋁合金板，焊接時采用脈沖MIG焊，焊絲為φ1.2mm鋁合金焊絲，牌號為ER5356，保護氣體材料純度大于99.999%的高純氬氣，焊接時使用KEMPPI3200風冷焊機，焊接參數具體如表1所示。

點固焊是應該在距工件端部20mm以上處進行焊接，焊縫長度為15mm左右，具體標準如表2所示。

考慮到具體施工的情況有所不同，其中電流，電壓，焊接速度可以上下浮動10%，如果當環境溫度低于5℃時或當環境濕度大于80%時，為了防止產生氣孔、焊縫熔合不良等缺陷，需對待焊部位進行預熱，注意預熱溫度應低于150℃，且時間不要太長，避免破壞母材的性能。

表1 點固焊的焊接參數

表2 點固焊截面形狀

2.3 安裝部位焊前打磨

由于鋁合金在大氣中特別容易氧化，其表面會形成薄薄的氧化膜，熔點為2050℃，遠高于鋁合金本身的熔點，焊接時會阻礙焊縫金屬的熔合，并且該氧化膜的比重比鋁合金大，在焊接過程中會沉入熔池的底部形成夾渣。氧化膜里面還吸收有大量的濕氣，容易導致焊縫出現氣孔缺陷，故正式焊接前必須對其進行清除。另外定位焊是在焊縫周圍產生的黑灰對焊接質量的影響也很大，故也需要清除，用不銹鋼鋼絲輪或鋼絲刷打磨安裝部位的型材直至露出金屬光澤，如圖5所示。

圖5 待焊部分焊前打磨清理

2.4 正式焊接

由前面所知鋁合金的線膨脹系數大，即焊接時容易產生變形，為了減少受電弓安裝座的變形量，該焊縫采用斷續焊的形式。首先，根據焊接要求用油筆畫出安裝座段焊位置，受電弓安裝座焊接即間距的長度如圖6所示。

圖6 受電弓安裝座焊接要求

為了進一步減少焊接變形，先焊接收縮量大的焊縫，在焊接后收縮量小的焊縫，故先焊接長焊縫，在焊接短焊縫。在此對受電弓安裝座焊接順序進行規定，焊接順序如圖7所示。圖7中的標示1、2、3、4表示單件焊接順序，焊接方向如圖箭頭所示，①、②、③表示座的安裝順序，此焊接規范參數如表1所示。

2.5 焊后焊縫處理

用不銹鋼鋼絲輪或鋼絲刷打磨焊接部位的黑灰；用風動銑刀將焊縫打磨處理，起弧、收弧以及拐角處焊接必須進行打磨以消除焊接內應力，如圖8所示。

圖7 受電弓安裝座焊接順序

圖8 焊縫拐角處的處理

最后的焊接要求目視無裂紋、咬邊、氣孔、夾渣等缺陷。焊接完成后安裝座底座與車頂板間隙要求小于1mm，上平面卡平間隙不超過1.5mm。

3 缺陷及修補措施

3.1 裂紋的消除與補焊

（1）表面裂紋去除。通過打磨方式去除表面裂紋，深度控制在0.1倍板厚且不超過0.5mm。打磨后通過滲透探傷進行確認，探傷合格后無需補焊。

（2）焊接裂紋消除。若打磨仍無法消除裂紋，應清除后重新堆焊處置。即使用表面切割、打磨等方法充分地去除裂紋，清除完畢后開坡口，采用堆焊處理。坡口的形狀根據缺陷的大小確定。多層焊應清根，用滲透探傷確認完全清除裂紋后再進行焊接。

3.2 氣孔的消除與補焊

（1）能夠打磨去除的氣孔。對焊縫進行打磨，打磨深度控制在0.1倍板厚且不超過0.5mm。通過滲透探傷確認，經過打磨能夠消除的，不需要補焊。

（2）必須通過補焊接消除的氣孔。通過打磨法仍無法消除的，使用表面切割、打磨等方法去除氣孔，清除后開出坡口，采用堆焊處理。坡口的形狀根據缺陷的大小確定，通常開V形槽，槽深以充分清理掉既有缺陷為原則。焊接后修整焊縫的形狀。

4 結束語

確定受電弓安裝座的組焊工藝是為了保證受電弓的順利安裝，焊接前各個工序的操作最焊接都會有影響，如零件的來料情況、焊接工具的使用狀態、操作者的焊接水平、環境的溫濕度、焊接材料的成分、保護氣體的純度等。必須嚴格規范工藝過程，如尺寸定位、焊前清理、焊接參數、焊接順序、焊后處理等，只有保證每個焊接步驟的質量，才能得到滿足要求的產品。