鋁合金車體焊接變形及其控制方法初探

侯繼峰

摘 要：現(xiàn)今我國的動車組鋁合金車體大多采用的是傳統(tǒng)的熔化焊接方式制造的，動車組鋁合金車體焊接存在焊接變形的類型較多，其中最主要的制約因素就是鋁合金材料的屬性以及傳統(tǒng)熔化焊接技術(shù)等。動車組鋁合金車體焊接存在焊接變形的難點(diǎn)則是變形的控制難度大。本文主要從焊接的方法、型材組焊接順序以及焊接后的調(diào)修等幾個方面探討焊接變形以及變形控制，也對該領(lǐng)域的發(fā)展做了一定的展望。

關(guān)鍵詞：動車組鋁合金車體；焊接變形；變形控制

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.20.031

隨著社會主義市場經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我國的城市化進(jìn)程在不斷地加快。由于人們過快的生活節(jié)奏，城市和城市之間以及城市內(nèi)部的交通備受關(guān)注。鋁合金車體結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出統(tǒng)領(lǐng)交通界的趨勢，越來越被廣泛的應(yīng)用在軌道客運(yùn)車輛的制造當(dāng)中。當(dāng)前，動車組鋁合金車體大部分采用的都是大型中空薄壁型材組合焊接而成，因?yàn)檐圀w自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及鋁合金材料的屬性使得焊接過程當(dāng)中存在較大的難題。焊接失效會致使車體的報廢，這將會對于人們的生命財產(chǎn)構(gòu)成威脅，所以，焊縫的質(zhì)量控制和焊接變形控制是當(dāng)前最為迫切的問題，勢在必行。

1 導(dǎo)致鋁合金車體焊接變形的原因

鋁合金焊接變形頻繁以及難以控制的原因主要有以下幾個原因：首先，鋁合金的熔點(diǎn)要低于鋼鐵的熔點(diǎn)，大約在540—640℃之間。但是鋁的溶解熱和比熱遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于絕大多數(shù)的金屬，并且是鋼鐵導(dǎo)熱系數(shù)的5倍。所以焊接鋁合金需要快速的提供大量的熱才能實(shí)現(xiàn)。并且膨脹系數(shù)也是鋼鐵的3倍，鋁合金焊接在溫度上和時間上的要求更高，這是導(dǎo)致鋁合金焊接變形頻繁、控制難度大的主要原因。

其次是焊接的累計次數(shù)多、類型多以及程度大等特點(diǎn)造成技術(shù)人員難以操作。因?yàn)橹圃斐杀九c型材成形技術(shù)的關(guān)系，鋁合金車體在多數(shù)情況下需要多塊型材插接組焊成大的部件模塊，這是因?yàn)橐话闱闆r下軌道車輛使用鋁合金的寬度為450mm左右。并且最終是由多個模塊組合焊接而成。

最后是二次焊接變形要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于一次焊接變形，兩次的焊接變形程度存在的差異較大。造成該差異的原因是因?yàn)槎魏附铀鶐淼膭傂詨壕o應(yīng)力和收縮應(yīng)力的疊加遠(yuǎn)遠(yuǎn)比一次焊接所造成的焊接余應(yīng)力大。

2 焊接變形控制的具體措施

焊前的變形控制：首先是改善接頭設(shè)計，由部分業(yè)界內(nèi)的研究人員研究表明，在合理地焊接順序之下，可以簡化焊接的工藝流程，避免不必要的焊接，從而可以提升焊接制造的效率，前提是使用插對接接頭剛度較好的型材插對接。其次在焊接前利用工裝固定裝置以及頂針等輔助工裝對工件進(jìn)行反變形以及預(yù)設(shè)撓度，從而保證焊后產(chǎn)品質(zhì)量。

焊中的變形控制：影響焊接結(jié)構(gòu)變形的關(guān)鍵因素就是合適的焊接參數(shù)以及合理的焊接順序。具體的焊接順序應(yīng)當(dāng)遵循以下原則：所有的焊縫都能被制定的焊接順序焊接；焊接的方向由中間向兩邊，由內(nèi)部向外部焊接，并且最大限度的讓焊縫無拘無束收縮；一般情況下，現(xiàn)先焊接對接焊縫；較長的焊縫則要兩名工人同時進(jìn)行對角焊接，為了使得各處的焊縫所引起的變形相互抵消；對于焊縫當(dāng)中的多道多層的焊縫使用分段跳躍的焊接方式，也可以采用分段退焊的方法，以便于熱量輸入的分散性；保證焊接質(zhì)量，提升焊接的操作速度，焊接的位置、保護(hù)氣體、母材以及焊接接頭的形式的選擇是焊接參數(shù)定制當(dāng)中需要考慮的。

焊接后的變形控制：倘若焊接前和焊接后還未達(dá)到構(gòu)建外形尺寸所需要的要求，最后可以通過用局部的先加熱后冷卻的方法產(chǎn)生的收縮變形來糾正變形的工藝，通過熱調(diào)的方法對于工件的變形進(jìn)行矯正。使用壓力機(jī)或者是錘擊向變形的相反的方向敲擊，這是冷調(diào)的方式。一般情況下，對于焊接的矯正工作不僅耗費(fèi)人力，更是耗費(fèi)財力和物力。容易產(chǎn)生較大的噪音污染，對于工作的環(huán)境影響大，技術(shù)性的操作人員也是容易產(chǎn)生職業(yè)病。因?yàn)椴僮魅藛T的手臂頻繁的受到震動沖擊，容易對肢體產(chǎn)生危害。除此之外，熱調(diào)如果操作不當(dāng)，也容易發(fā)生燒傷或者是回火爆炸等事故。所以，焊接的過程中盡量在焊接前或者是焊接中把所有的焊接變形控制好。需要注意的是在進(jìn)行變形的糾正操作時，糾正的時間要盡可能的縮短，還有板梁的結(jié)構(gòu)剛性較弱的時候，大多焊接變形的方式采用冷調(diào)。

對于鋁合金車體的較大的部件焊接變形控制的技巧。鋁合金車體的大型部件一般包含司機(jī)室、側(cè)墻、端墻、底架以及車頂?shù)?。這類的大型部件一般主要采用的焊接是雙層長大中空型材焊接的結(jié)構(gòu)。其具體的操作是使用工裝把工件扭曲的變形部分進(jìn)行固定，但是收縮的方向不用控制；長大型材的焊接盡可能的利用自動焊來進(jìn)行焊接，并在第一面的焊縫中心添加反變形支撐點(diǎn)，使得在焊接第二面的時候便于操作，這樣可以盡量的減少焊接變形。殘余壓應(yīng)力也是要辯證看待的，過多過少都不利于操作?？偠灾?，當(dāng)前避免潛在的焊接安全隱患的大趨勢即就是通過計算機(jī)模擬焊接結(jié)構(gòu)以及焊接方法，尋找缺陷區(qū)域或者是易發(fā)生變形區(qū)域，最后優(yōu)化焊接的工藝設(shè)計并投入到實(shí)踐當(dāng)中。

3 結(jié)束語

動車組鋁合金車體焊接制造當(dāng)中的重要構(gòu)成部分焊接變形控制系，當(dāng)前對于焊接變形控制方法的理論報道較為缺乏，但是對于當(dāng)前國內(nèi)的焊接變形技術(shù)方面的理論指導(dǎo)較少。根據(jù)目前企業(yè)生產(chǎn)以及鋁合金車體組焊的工藝可以提出以下幾點(diǎn)理論展望：減少焊接變形：使用低熱量輸入的焊接方式；修整工藝控制變形、確保焊縫的質(zhì)量：使用合理的方式定向釋放應(yīng)力；控制焊接變形：通過試驗(yàn)驗(yàn)證以及計算機(jī)模擬來達(dá)到優(yōu)化焊接的工藝的目的。

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