鋁合金地板在城鐵車輛中的焊接探討

臧鐵軍 楊豐 聶洪剛 吳占雨

摘 要：城市交通軌道工程深入推進，對鋁合金地板的焊接質(zhì)量更加重視，底架地板作為車體重要組成，焊接質(zhì)量直接影響列車運行安全可靠度。要求焊接技術(shù)人員，明確掌握焊接設(shè)備檢驗等焊前準備工作，高質(zhì)量落實底架地板焊接工序等焊接工藝，且對地板組焊模式的利弊有所了解，以此滿足設(shè)計與節(jié)能降本要求，為城市軌道交通行業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展助力。

關(guān)鍵詞：鋁合金地板;城軌車輛;焊接

城軌車輛鋁合金地板焊接是復雜且繁瑣的過程，焊接速度與方法選擇多樣，但在實踐中，不僅要控制氣孔形成，還需明確掌握尺寸控制與工裝使用等焊接工藝，確保焊縫合格，以切實減少焊接變形影響。隨著焊接技術(shù)水平的提升，攪拌摩擦焊等方法，在鋁合金地板焊接的應用越發(fā)成熟，抗拉強度、生產(chǎn)成本與勞動量等方面得以優(yōu)化，但還需加強行業(yè)制度的規(guī)范建立，以帶動鋁合金車體焊接工藝的發(fā)展。

一、城軌車輛鋁合金地板焊接特征

首先是焊接速度與方法的選擇多樣性。鋁合金焊接方法多元化，尤其是對厚夾板的焊接，為確保焊縫質(zhì)量與均勻融合，有效溢出焊縫內(nèi)氣體，要求環(huán)節(jié)速度緩慢，配合焊接的電流相對較大。薄夾板的焊接，要求焊接速度快，配合焊接的電流相對較小。其次是預防氣孔出現(xiàn)。鋁合金表面氧化膜吸水性強，環(huán)境溫度與空氣濕度大的情況下，吸水性強的鋁合金表面氧化膜，在吸水后與電弧作用下會分解氫氣，熔池內(nèi)氫氣排除不凈就會出現(xiàn)氣孔，直接影響焊接質(zhì)量。

二、焊前準備工作

1.清理檢驗型材

通過檢驗了解地板型材質(zhì)量，評估外觀合格度，尤其是對表面劃痕超過0.5mm長度的型材，判斷可用價值。型材生產(chǎn)運輸中加強防護，避免出現(xiàn)磕碰等情況，并在使用前進行評估。工件表面氧化膜與油污及時清理，油污用丙酮等溶劑清除，再打磨鋁合金表面。氧化膜用機械或化學方法處理，氫氧化鈉等熔液的使用，注意化學反應時間，減少對工件質(zhì)量影響。氧化膜清理后清洗干凈，防止出現(xiàn)局部點蝕。氧化膜清理的機械方法包括電動與風動等小型銑刀，或是使用不銹鋼鋼絲刷打磨，注意打磨力度。清理后及時焊接，防止表面再次氧化。清理后工件放置時間>24h，應焊前再次進行表面氧化膜清理。

2.設(shè)備與焊材檢驗

對焊接設(shè)備與工裝工具運行狀態(tài)進行檢驗，了解焊槍噴嘴的堵絲現(xiàn)象，檢查管路排氣通暢度與氣體流量正確性等情況。對附有合格證的焊材，存在再清潔干燥環(huán)境內(nèi)，減少與有害介質(zhì)的接觸，使用前進行焊絲包裝與油污等情況的檢查[1]。

3.焊接環(huán)境控制

要求焊接環(huán)境內(nèi)的空氣濕度不得低于70%，溫度不能低于10℃，熱量散失隨著溫度降低而加劇，蒸汽揮發(fā)隨著溫度升高而加劇，水蒸氣進入弧柱焊縫內(nèi)形成氣孔，焊接質(zhì)量直接降低。

三、焊接工藝

1.底架地板焊接

焊接方法包括TIG與MIG兩種，后者比較常用，要求焊接技術(shù)人員明確掌握底架地板組焊順序與接接頭坡口形式等焊接參數(shù)。在焊接中，首先將處于平胎位狀態(tài)的地板工裝進行組對，在底架地板工裝上，反裝放置與定位裝配打磨后的型材，要求地板焊縫距離不得超過1mm。

2.定位段焊

通過半自動焊機定位段焊，焊槍角度調(diào)整后，沿兩邊向中間的順序進行地板焊縫段焊;將地板調(diào)整為胎位下?lián)系恼b狀態(tài)，再進行反面焊縫段焊，凹槽用銑刀清理[2]。

3.正反裝自動焊

調(diào)整焊槍角度后展開地板正裝滿焊，用不銹鋼絲刷清除焊縫黑灰;冷卻后撤加緊裝置。反裝地板處于上撓狀態(tài)，銑刀與不銹鋼絲刷清理外側(cè)焊縫，對地板外側(cè)焊縫滿焊，清理黑灰并冷卻后撤加緊裝置。

4.檢測

通過滲透探傷了解并修正焊接缺陷;檢查地板撓度與尺寸的達標度，對不符合標準的地方施以火焰調(diào)修，以提高焊接質(zhì)量。

四、阻焊模式優(yōu)勢

組對焊接使用4條焊縫與5塊鋁合金型材的模式，能夠控制變形，滿足0-5mm上撓度車體底架的設(shè)計標準。該種地板阻焊模式，使用了5塊型材、3塊型材組焊。型材截面尺寸減小，制造成本與難度隨之降低，但是焊縫數(shù)量增加，尤其是大規(guī)模化生產(chǎn)，雖然制造技術(shù)運用自如，不能避免人工勞動量與成本的增加，與節(jié)能高效生產(chǎn)政策不符。實踐證明，采用該種阻焊模式成效最佳，均可滿足設(shè)計與節(jié)能、控制成本等要求。焊縫數(shù)量的控制，對焊接熱輸入與工件變形等問題有積極限制作用，生產(chǎn)成效隨之加強。但焊縫數(shù)量過度減少，制造難度與結(jié)構(gòu)成型等方面問題不能規(guī)避;對此，綜合考慮各種因素，擇優(yōu)車體底架地板阻焊模式方案意義重大。

總結(jié)

確保鋁合金焊接質(zhì)量，還需從質(zhì)量影響因素入手分析，鋁合金地板焊接中受空氣濕度、環(huán)境溫度等因素影響較大;對此，要求焊接時的環(huán)境滿足工藝要求。但對結(jié)構(gòu)復雜的焊接，還需從工裝緊固與阻焊模式等方面綜合考慮，擇優(yōu)焊接工藝與車體制造等設(shè)計方案，以減少結(jié)構(gòu)變形影響。

參考文獻

[1]何廣忠，魏詩萌，閆占奇，等.地鐵鋁合金地板攪拌摩擦焊焊序優(yōu)化[J].電焊機，2018，v.48;No.375（08）：107-111.

[2]韓德成，汪認，陳東方，等.預置裝夾方法對高速列車地板焊接變形及殘余應力影響的數(shù)值模擬[J].機械，2017，44（11）：73-76.