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(jìn)，對(duì)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(yùn)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(yàn)等焊前準(zhǔn)備工作，高質(zhì)量落實(shí)底架地板焊接工序等焊接工藝，且對(duì)地板組焊模式的利弊有所了解，以此滿足設(shè)計(jì)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(fù)雜且繁瑣的過(guò)程，焊接速度與方法選擇多樣，但在實(shí)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(shí)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(yīng)用越發(fā)成熟，抗拉強(qiáng)度、生產(chǎn)成本與勞動(dòng)量等方面得以優(yōu)化，但還需加強(qiáng)行業(yè)制度的規(guī)范建立，以帶動(dòng)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(duì)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(duì)較大。薄夾板的焊接，要求焊接速度快，配合焊接的電流相對(duì)較小。其次是預(yù)防氣孔出現(xiàn)。鋁合金表面氧化膜吸水性強(qiáng)，環(huán)境溫度與空氣濕度大的情況下，吸水性強(qiáng)的鋁合金表面氧化膜，在吸水后與電弧作用下會(huì)分解氫氣，熔池內(nèi)氫氣排除不凈就會(huì)出現(xiàn)氣孔，直接影響焊接質(zhì)量。

二、焊前準(zhǔn)備工作

1.清理檢驗(yàn)型材

通過(guò)檢驗(yàn)了解地板型材質(zhì)量，評(píng)估外觀合格度，尤其是對(duì)表面劃痕超過(guò)0.5mm長(zhǎng)度的型材，判斷可用價(jià)值。型材生產(chǎn)運(yùn)輸中加強(qiáng)防護(hù)，避免出現(xiàn)磕碰等情況，并在使用前進(jìn)行評(píng)估。工件表面氧化膜與油污及時(shí)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(jī)械或化學(xué)方法處理，氫氧化鈉等熔液的使用，注意化學(xué)反應(yīng)時(shí)間，減少對(duì)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(diǎn)蝕。氧化膜清理的機(jī)械方法包括電動(dòng)與風(fēng)動(dòng)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(shí)焊接，防止表面再次氧化。清理后工件放置時(shí)間>24h，應(yīng)焊前再次進(jìn)行表面氧化膜清理。

2.設(shè)備與焊材檢驗(yàn)

對(duì)焊接設(shè)備與工裝工具運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢驗(yàn)，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(duì)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(jìn)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(jìn)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(jìn)行組對(duì)，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(guò)1mm。

2.定位段焊

通過(guò)半自動(dòng)焊機(jī)定位段焊，焊槍角度調(diào)整后，沿兩邊向中間的順序進(jìn)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(jìn)行反面焊縫段焊，凹槽用銑刀清理[2]。

3.正反裝自動(dòng)焊

調(diào)整焊槍角度后展開(kāi)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(duì)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(cè)

通過(guò)滲透探傷了解并修正焊接缺陷;檢查地板撓度與尺寸的達(dá)標(biāo)度，對(duì)不符合標(biāo)準(zhǔn)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(shì)

組對(duì)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(jì)標(biāo)準(zhǔn)。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(yùn)用自如，不能避免人工勞動(dòng)量與成本的增加，與節(jié)能高效生產(chǎn)政策不符。實(shí)踐證明，采用該種阻焊模式成效最佳，均可滿足設(shè)計(jì)與節(jié)能、控制成本等要求。焊縫數(shù)量的控制，對(duì)焊接熱輸入與工件變形等問(wèn)題有積極限制作用，生產(chǎn)成效隨之加強(qiáng)。但焊縫數(shù)量過(guò)度減少，制造難度與結(jié)構(gòu)成型等方面問(wèn)題不能規(guī)避;對(duì)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(duì)此，要求焊接時(shí)的環(huán)境滿足工藝要求。但對(duì)結(jié)構(gòu)復(fù)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(jì)方案，以減少結(jié)構(gòu)變形影響。

參考文獻(xiàn)

[1]何廣忠，魏詩(shī)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(jī)，2018，v.48;No.375（08）：107-111.

[2]韓德成，汪認(rèn)，陳東方，等.預(yù)置裝夾方法對(duì)高速列車地板焊接變形及殘余應(yīng)力影響的數(shù)值模擬[J].機(jī)械，2017，44（11）：73-76.