鋁合金車體局部焊接優(yōu)化

1、 鋁合金車體局部焊接優(yōu)化 摘要：隨著經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，人們的出行方式也在逐漸發(fā)生變革，地鐵列車已經(jīng)成為大眾的首選交通工具。現(xiàn)階段我國地鐵列車多為鋁合金車體，其車身焊接過程存在眾多缺陷，車身部分區(qū)域難以焊接，為提高焊接質(zhì)量，本文對(duì)鋁合金車體中局部區(qū)域進(jìn)行焊接優(yōu)化。關(guān)鍵詞：鋁合金車體、缺陷、焊接優(yōu)化1 前言隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展以及人們對(duì)時(shí)間利用率的高度重視，地鐵列車已經(jīng)逐漸成為人們的首選交通方式。地鐵具有快速平穩(wěn)、安全準(zhǔn)時(shí)等優(yōu)點(diǎn)，因涉及到輕量化，我國地鐵大部分為鋁合金車體。鋁合金焊接材料主要有五系、六系和七系。鋁和鋁合金熔點(diǎn)低（純鋁660），極易氧化成 ,熔點(diǎn)高（2050），性能穩(wěn)定。其焊接方式有

2、兩種，一種是熔化極氣體保護(hù)焊（mig焊），另一種是非熔化極惰性氣體保護(hù)焊（tig焊）。鋁合金車體極易產(chǎn)生焊接缺陷，如氣孔、裂紋、夾渣、未熔合、未焊透等，產(chǎn)生焊接缺陷的原因主要有原材料問題、焊前處理、焊接手法、工藝參數(shù)匹配性等。根據(jù)車體結(jié)構(gòu)的不同，其產(chǎn)生的焊接缺陷也不一樣，這些缺陷會(huì)導(dǎo)致車體存在安全隱患，因此對(duì)鋁合金車體焊接方式的研究十分必要。本文針對(duì)鋁合金車體部分焊接區(qū)域進(jìn)行焊接手法優(yōu)化，提高焊接質(zhì)量。2 鋁合金帽型梁起弧收弧處焊接手法優(yōu)化鋁合金熱導(dǎo)率高，焊縫金屬凝固，在起弧收弧處易形成“疙瘩”狀焊瘤。且帽型梁都帶有直角邊，在此處起弧收弧，極易形成熔合不良，外觀疑似裂紋，多次引起質(zhì)檢及監(jiān)造的質(zhì)

3、疑。為解決這個(gè)問題，改變起弧收弧位置，在帽型梁的直角邊處增加熱輸入量，使其充分熔合。增加熱輸入量的方式有兩種：一種是提前預(yù)熱，另一種是提高焊接參數(shù)。因帽型梁在鋁合金車體的各個(gè)大部件中分布較多，可謂點(diǎn)多面廣，若一一預(yù)熱，嚴(yán)重降低生產(chǎn)效率，且易引起中薄板的變形，影響裝配質(zhì)量。若提高焊接參數(shù)，如加大電流電壓，可能會(huì)違反焊接工藝規(guī)程，還有各種板厚組合，可能會(huì)造成局部板材的焊穿，并未起到提高焊接打磨質(zhì)量的目的，因此在實(shí)際操作中，這兩種方法均不可取。綜上所述，為了較好的解決上述問題，改變起弧收弧位置，利用焊接運(yùn)絲手法，增加熱輸入量，使帽型梁的直角邊充分熔合，且起弧收弧處不在焊縫的端部，而是在距端部35mm

4、左右起弧，利用這段焊縫的熱量充分熔合帽型梁的直角邊，在焊道端部時(shí)，采用平轉(zhuǎn)立的手法，焊槍上挑，將直角邊處充分熔合，在焊到端部時(shí)，焊槍上挑的動(dòng)作完成后轉(zhuǎn)為左焊法，當(dāng)焊槍運(yùn)行至帽型梁的另一端時(shí)，焊槍繼續(xù)上挑，使直角邊處充分熔合，然后回焊30mm左右，完成收弧動(dòng)作。這樣完成整條焊縫的焊接，且收弧處不在端部，易于打磨，降低了打磨傷母材焊縫的幾率。該種焊接手法的改善，使鋁合金車體帽型梁（c型）焊接合格率從91.3%提高到99.6%以上，解決了實(shí)際生產(chǎn)問題。3頂棚中立柱補(bǔ)強(qiáng)焊縫焊接手法優(yōu)化某車型頂棚中立柱補(bǔ)強(qiáng)焊縫空間相對(duì)狹小，焊縫集中，焊接結(jié)束后，發(fā)現(xiàn)在焊縫起弧收弧位置出現(xiàn)大面積點(diǎn)狀缺陷，很難清理補(bǔ)焊，且

5、補(bǔ)焊后打磨易傷及母材，嚴(yán)重制約生產(chǎn)進(jìn)度。中立柱補(bǔ)強(qiáng)板與頂棚彎梁連接，此處焊縫均為薄板焊接，彎梁厚度為3mm，三角補(bǔ)強(qiáng)板與側(cè)面補(bǔ)板均為4mm，假設(shè)三角補(bǔ)強(qiáng)板與彎梁為1號(hào)焊縫，圓管與彎梁為2號(hào)焊縫，側(cè)面補(bǔ)板與彎梁為3號(hào)焊縫，整體焊縫形狀類似于u形。焊接時(shí)，1號(hào)焊縫與2號(hào)焊縫連為一體，成為一條焊縫，一次焊接完后類似于l形，3號(hào)單獨(dú)焊接，這3條焊縫起弧與收弧位置重合，極易產(chǎn)生焊接缺陷。通過大量實(shí)驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)以下3種解決措施：1.優(yōu)化定位焊。避免在u型焊縫位置進(jìn)行定位焊，控制因定位焊及清理不良產(chǎn)生缺欠的可能，將定位焊改在其它方便清理打磨的位置。2.優(yōu)化焊接工藝規(guī)程，制作工具試件。優(yōu)化前焊接工藝規(guī)程參數(shù)如下

6、表1所示。優(yōu)化后的wps電流可以選擇100-120a，電壓可以選擇20-21v，這樣就可以將三條焊縫整合成一條焊縫，無需考慮是否超出焊接工藝規(guī)程，也無需在較小的焊接區(qū)域內(nèi)多次起弧收弧操作，減少了焊接缺陷的產(chǎn)生。3.優(yōu)化焊接操作手法。在整個(gè)焊接區(qū)域內(nèi)焊縫類似于u型，可以看出，該焊縫可以一次焊接完成，只需手法熟練，焊接效果就可以滿足要求。此種焊接手法，在起弧收弧位置均預(yù)留了打磨余量，起收弧位置的焊接缺陷均可以打磨去除，保證了一次探傷通過率。4底架地板igm焊接變形及尺寸控制某地鐵地板焊后寬度尺寸為 mm，試驗(yàn)車體焊接后，測(cè)量車寬尺寸為3170mm，已達(dá)地板尺寸下線值。經(jīng)多方查證分析發(fā)現(xiàn):一般車型的

7、地板厚度為4mm，而該種車型的地板厚度為6mm，為了填滿坡口，自動(dòng)焊設(shè)置的焊接速度為55-65cm/min，焊接速度慢，熱輸入量大，焊后收縮量加大。而工藝放量?jī)H有12mm，很難達(dá)到焊接要求。按照一般車型的生產(chǎn)模式，由一位端向二位端進(jìn)行定位焊，定位焊長(zhǎng)度為80-100mm，定位焊間距為500-2500mm，定位焊完成后，該種車型的地板寬度尺寸將無法滿足工藝要求。通過大量實(shí)驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)以下4種解決措施：1.優(yōu)化定位焊順序。從車體中心向兩端依次定位，由兩位焊工同時(shí)進(jìn)行。2.優(yōu)化定位焊間距長(zhǎng)度。一般車型的定位焊長(zhǎng)度范圍為500-2500mm，其隨意性較大，收縮量不可控。針對(duì)新加坡地鐵，實(shí)驗(yàn)優(yōu)化定位焊長(zhǎng)度

8、范圍，直接改為1500mm左右，這樣中部地板只需9處定位焊，收縮量可控。3.優(yōu)化焊接工藝規(guī)程（wps）。按照一般的焊接工藝要求，6mm的坡口焊，需兩層兩道焊，而此處只需將地板固定即可，為控制熱輸入及收縮量，只進(jìn)行單道焊，且不需要填滿坡口。4.優(yōu)化定位焊。一般車型均是直接進(jìn)行80-100mm的定位焊，優(yōu)化后可以選擇定位焊長(zhǎng)度的下限值，分三步完成：（1）先在定位焊的始端依次進(jìn)行一滴點(diǎn)固；（2）在定位焊的終端依次進(jìn)行一滴點(diǎn)固；（3）在定位焊位置的始終兩端都完成定位的情況下，清除黑灰，完成定位焊的正式焊接。待定位焊焊縫冷卻后，測(cè)量地板寬度尺寸為 mm，滿足工藝尺寸要求。自動(dòng)焊焊接完成后，地板寬度尺寸測(cè)

9、量為 ，符合要求。5車頂邊梁組成焊接質(zhì)量提升車頂邊梁組成由車頂邊梁、各種補(bǔ)板、擋板、加強(qiáng)板、小彎梁、車頂連接板等小件組成，板厚從3-12mm不等，20余條焊縫組成一個(gè)整體焊件。焊縫多為單v坡口的多層焊，焊縫集中，操作空間較小，焊槍調(diào)整角度受限。熱量集中時(shí)易造成焊縫成型不良，操作不當(dāng)時(shí)易產(chǎn)生彎曲變形，由于焊接間隙超差，嚴(yán)重影響總裝門立柱工序。輪廓度不滿足工藝要求，調(diào)修困難，且目視化效果較差。針對(duì)該種特殊結(jié)構(gòu)的焊縫成型不良問題，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明可從如下幾個(gè)方面進(jìn)行解決。1.調(diào)整焊槍角度。通過大量練習(xí)提高手腕靈活度來保證焊接質(zhì)量。2.優(yōu)化焊接工藝規(guī)程。通過模擬現(xiàn)車，強(qiáng)化訓(xùn)練，截取宏觀樣件來驗(yàn)證優(yōu)化的焊接

10、工藝規(guī)程，能保證焊接質(zhì)量。3.調(diào)整焊接方式。由較好操作的平焊/平角焊，通過車體翻轉(zhuǎn)機(jī)改為仰角焊/仰焊/立向上，雖然操作方式的變更增大了焊接難度，但是焊接空間加大，操作不受空間限制，技能熟練的員工能夠保證焊接質(zhì)量。4.改變裝配焊接順序，將空間受限的操作降到最小。因板材等結(jié)構(gòu)原因無法預(yù)知反變形也無法增加剛性支撐。只能通過改變裝配焊接順序來控制焊接變形，此時(shí)還需綜合考慮焊接操作的空間受限問題，由之前的先焊接補(bǔ)板改為先焊接立板，再焊接補(bǔ)板，利用立板起到剛性固定的作用，避免先焊接補(bǔ)板帶來較大彎曲變形及焊后收縮。為了避免一次熱輸入量過大，應(yīng)嚴(yán)格控制層間溫度，同時(shí)應(yīng)提高焊接質(zhì)量，避免多次返修。6結(jié)論為了提高

11、焊接打磨質(zhì)量，焊縫的起弧收弧處必須打磨，而帽型梁（c型）起弧收弧位置多數(shù)空間位置受限，打磨時(shí)易造成焊縫或母材損傷，很難滿足工藝要求，且影響目視化效果。通過對(duì)鋁合金帽型梁（c型）起弧收弧焊接手法的改善，解決了制約生產(chǎn)的實(shí)際問題，保證了產(chǎn)品質(zhì)量，節(jié)省了單車勞動(dòng)成本，該種焊接手法的改善為解決此類結(jié)構(gòu)變形起到借鑒作用。頂棚中立柱補(bǔ)強(qiáng)焊縫空間相對(duì)狹小，焊縫集中，焊接結(jié)束后，一次探傷通過率只有65%左右，返工返修量大，嚴(yán)重制約生產(chǎn)進(jìn)度。通過對(duì)頂棚中立柱焊縫焊接手法的優(yōu)化，使中立柱補(bǔ)強(qiáng)焊縫焊后，一次探傷通過率達(dá)到99%以上。地鐵地板型材厚度為6mm，焊接方式為坡口焊，由于地板厚度增加，自動(dòng)焊焊接速度慢，熱輸

12、入量增加，定位焊的收縮量也會(huì)加大，焊后地板寬度難以控制，無法滿足工藝要求。通過對(duì)工藝流程的優(yōu)化，使地板焊后尺寸符合要求，合格率達(dá)到100%。車頂邊梁組成空間狹小，由多種小件組成，焊縫密度大，易形成焊縫成型不良及產(chǎn)生較大的焊接變形，造成下工序裝配困難，無法滿足工藝要求。通過對(duì)新加坡地鐵車頂邊梁組成焊接質(zhì)量的提升，解決了制約生產(chǎn)的實(shí)際問題，保證了產(chǎn)品質(zhì)量，滿足生產(chǎn)要求。參考文獻(xiàn)1. 王立夫,唐衡郴,王金金,勾波,聶麗麗.軌道車輛用鋁合金焊接缺陷分析j.焊接技術(shù),2012,41(10):14-17.2. 韓曉輝.高速列車鋁合金車體焊接缺陷分析及工藝研究j.焊接技術(shù),2009,38(03):31-33+52+5.3. 石業(yè)勇.高速列車鋁合金車體焊接缺陷分析及工藝研究j.科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2015(01):66.4. 李彬.高速鐵路列車鋁合金車體焊接缺陷分析及工藝研究