軌道車輛鋁合金車體焊接變形控制研究

馬婉妮

（南寧軌道交通集團有限責任公司，廣西 南寧 530029）

軌道車輛車體為筒形整體承載結構，由大型、中空、薄壁鋁合金擠壓型材雙面焊接而成，其最大優點是輕量化，可以減輕運行成本和維護成本，有助于達到高速化，但由于鋁合金熔點低，導熱系數及熱膨脹系數較大，在焊接時容易產生焊接變形，最終對車體整體尺寸影響較大。因此，車體總組焊工序中，對車體整體尺寸的控制顯得尤為重要，良好的車體整體尺寸不僅減少后工序的調修量，而且能夠避免因調修而增加車體的殘余應力，有利于提高鋁合金車體的品質。

一、鋁合金車體的變形

由于鋁合金的車體的構成材料也是有著很多種，而不是統一的一種材料構成，所以，在進行車體的焊接作業的時候，所產生的高溫，非常容易導致車體的變形。但是，在現實情況中，車體在進行生產的時候，車體之間的窄條是互相在一起接觸的，所以他們之間一方要是變形，也就會影響著另一個種材料也發生變形，就像因為每一種的型材和焊點之間的距離是不一樣的，因此所接收到的熱量也是不同的，而變形大的材料會進行對于變形較小的材料產生擠壓，而這種影響，就會使得鋁型材的彎曲變形。還有，在焊接工作結束之后，還有著一個后期的材料的冷卻的階段。按照材料熱脹冷縮的原理，我們知道鋁材在冷卻的時候，就會發生收縮形變的情況，但是因為組成車體的各種材料的不同，也就導致各種材料他們之間的收縮程度有大有小，所以他們之間也就有著阻礙變形的情況。所以，鋁合金車體在進行焊接工作的時候，就會導致車體出現彎曲變形的情況，而對于這種情況，要進行一定的控制，確保生產的車體尺寸不會和車體的原設計尺寸有著太大的出入。

二、焊接變形的控制

（一）隨焊變形控制

隨焊變形控制，即在焊接過程中采取措施控制鋁合金變形的一種控制方法。目前，隨焊變形的控制方法主要有以下幾種：1.用冷卻法對焊接過程的溫度進行控制；2.改進工藝，降低傳輸到鋁板上的熱量；3.改進焊接順序，降低焊接過程造成的鋁板變形；4.采用合理的焊接方法，降低熱傳導。伴隨著MIG 焊技術的發展以及其成本的降低，MIG 自動焊已經成為最普遍的焊接方法之一。然而，與其他焊接方法相比較，MIG 自動焊方法會產生較大的熱量，進而造成更大的鋁板變形，因此在采用MIG 自動焊方法的同時，必須對焊接順序進行改進，以降低鋁板變形。在采用改進焊接順序控制變形程度方面，我國相關企業在進行了大量的研究之后，焊接變形程度得以有效抑制。

針對MIG 焊接方式會產生大量熱量的不足，攪拌摩擦焊以其較小的熱量傳輸優勢獲得了越來越多的歡迎。攪拌摩擦焊的主要原理是將母材料焊接處的區域進行加熱，使其產生軟化變形后將焊接板與模材料焊接起來的一種焊接方法。這種焊接方法的另一主要優勢是可以得到與母材料性能相近的焊接頭，降低焊接頭對整體物理性能和化學性能影響。與此同時，針對任何鋁合金材質的母板攪拌摩擦焊均適用，并且在該焊接方法中，母板的氧化膜會自動破碎，且母板材料在整個焊接過程均不會被融化，這降低了熱裂痕和氣孔等的生成概率。除此之外，攪拌摩擦焊的最大優勢是可以降低熱量的產生，這對于降低材料的變形、焊接質量的提高意義重大，因此軌道車輛制造企業對該焊接方法很青睞。

（二）焊前變形控制

概括起來,焊前變形控制方法分為三種:1.預拉伸法,其有加熱拉伸和機械拉伸兩種途徑;2.預變形法或者反變形法;3.剛性固定組裝法,采用夾具或剛性胎具等。通常情況下,大部件均采用整體反變形技術、壓鐵反變形技術、大剛度卡具防變形技術等。研究發現,通過數值模擬計算和預拉伸焊接試驗的方法,能夠有效控制鋁合金焊接板縱向殘余應力,此外平面變形以及縱向撓曲的程度也大幅度降低。在鋁合金車體生產的過程當中,在橫向上壓驚鋁合金防止其橫向變形。但是僅僅通過這種措施是遠遠不夠的在剛性固定工裝完全松開之后,變形一定會反彈,如果這個時候再次實施焊接,反變形量還會加大,所以也需要實施預留反變形措施。簡單來說,當焊完一側準備焊另一側之前,要預留一定的反變形量。所以,控制焊接變形的關鍵在于二次焊接一定要預留反變形量。

（三）焊后變形的控制

所謂的焊后變形控制方法，其實就是指在對車體完成相關的焊接作業之后，再通過利用一些工藝，從而來實現改變在焊接作業當中，所產生的焊接變形，改變焊接變形的方法主要分為以下幾種：1.機械調修方法；2.火焰調修方法；3.熱冷綜合調修方法。因為要進行對于操作簡易程度、大部件變形情況以及生產成本的考慮，所以要進行在焊接的過程中，進行變形控制工作，而進行控制，一般常用的方法就是火焰調修法。通過相關的實驗證明，這種材料的變形溫度要進行控制在最高175℃，因為要是超過這個溫度，這種材料就非常容易產生變形。

三、結語

在鋁合金車體焊接時，呈現車體寬尺寸變大、車高尺寸變小的趨勢，根據實際情況來選擇合適工藝方法，進行焊前尺寸控制，如果焊前車體尺寸與理論尺寸差值較大時，根據焊前組對尺寸，合理選擇預變形量，進行預變形控制，達到焊后尺寸在一個合格的范圍之內。減少焊后的調修量，降低車體殘余應力，實現車體品質控制。