淺析鋁合金車體焊接技術(shù)

王振宇　丁見　王忠平

摘 要：隨著軌道車輛軸重的增加以及運(yùn)行速度的提升，車輛輕量化設(shè)計(jì)成為了軌道車輛的重要方面。鋁合金作為當(dāng)下高速列車首選的車體型材，具有優(yōu)良的耐腐蝕性以及良好的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。但是鋁合金材料的可焊性較鋼材存在明顯的劣勢(shì)，本文通過對(duì)鋁合金焊接技術(shù)的分析，討論常見的鋁合金車體焊接變形及其控制方法。

關(guān)鍵詞：車體;鋁合金;焊接技術(shù)

1.研究背景

隨著軌道車輛運(yùn)行速度的加快，載客量要求的增加，車輛輕量化設(shè)計(jì)的要求成為了重中之重?？刂栖圀w質(zhì)量，選用輕型材料是當(dāng)下軌道車輛輕量化研究的重點(diǎn)。鋁合金材質(zhì)具有強(qiáng)度高耐腐蝕的特點(diǎn)，十分適合作為車體的組成材料，被廣泛用于各類軌道車輛上。但是鋁合金材質(zhì)的缺點(diǎn)也十分突出，鋁合金焊接性能較差，尤其是車體這類大型部件，焊接過程中極易產(chǎn)生咬邊、夾雜等焊接缺陷，降低結(jié)構(gòu)的整體性能，且在焊接過程中，強(qiáng)烈的局部加熱導(dǎo)致部件產(chǎn)生梯度性熱量分布，導(dǎo)致殘余應(yīng)力的產(chǎn)生。本文通過對(duì)鋁合金焊接技術(shù)進(jìn)行分析，著重討論鋁合金車體焊接變形及其控制方法。

2.鋁合金焊接

2.1 MIG焊接技術(shù)

MIG焊接技術(shù)又被稱為熔化極惰性氣體保護(hù)電弧焊， MIG焊接將焊件與焊絲分為極性不同的電極，并采用惰性氣體進(jìn)行保護(hù)。在鋁合金車體焊接中，MIG焊接技術(shù)應(yīng)用十分廣泛，其焊接熱容量高，可以焊接較厚的工件。常見的焊接部件包括動(dòng)車組列車車廂地板、側(cè)墻、車頂、端墻薄板等部位。

2.2 TIG焊接技術(shù)

TIG焊接技術(shù)又被稱鎢極惰性氣體保護(hù)電弧焊，屬于較早的氣體保護(hù)電弧焊技術(shù)，與MIG焊接相比，TIG焊接熱能量較低，但焊接質(zhì)量高，常用在薄板焊接地方。

2.3攪拌摩擦焊技術(shù)

攪拌摩擦焊技術(shù)指的是將特殊攪拌頭插入到焊件的焊接部位高速旋轉(zhuǎn)，使摩擦產(chǎn)熱達(dá)到焊接溫度時(shí)，通過軸向鍛壓來完成焊件的固相連接。這種技術(shù)出現(xiàn)的較晚，但由于不使用焊絲、氣體保護(hù)等前景廣闊，但目前在國內(nèi)車體焊接中應(yīng)用并不是很多。

2.4激光焊技術(shù)

利用高功率的激光發(fā)射器發(fā)射出的光子來融化焊接結(jié)構(gòu)件，再將不同焊接結(jié)構(gòu)件能夠連接起來并重新凝固，以實(shí)現(xiàn)金屬材料的有效焊接。激光焊接速度快、變形程度與熱影響區(qū)均比較小，十分適合在車體焊接中應(yīng)用。

3.車體焊接變形及控制

鋁合金比碳鋼的可焊性要差很多。鋁合金材質(zhì)的熔點(diǎn)比鋼的熔點(diǎn)低，為660℃，而且鋁合金的比熱容比其他金屬高，導(dǎo)熱率是鋼的5倍，在焊接過程中焊接熱量散失嚴(yán)重。除此之外，鋁合金的線膨脹系數(shù)約為鋼的2倍，凝固時(shí)體積收縮率為6.5%-6.6%，導(dǎo)致了鋁合金焊接時(shí)更易產(chǎn)生焊接變形。鋁合金車體焊接如圖1所示。

為了控制鋁合金車體的焊接尺寸，一般可在焊前、 焊中和焊后三個(gè)階段控制焊接變形。焊前變形控制是指焊接部位的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及焊接材料選擇等方面控制焊接變形量，通常采用預(yù)留放長(zhǎng)量法、反變形法、剛性固定法等控制變形量。在焊接過程中應(yīng)選擇合理的焊縫尺寸和形狀，搭配合適的焊接順序，同時(shí)在一定范圍內(nèi)降低焊接的熱輸入量。當(dāng)鋁合金車體組焊完成后，一般采用火焰調(diào)修和機(jī)械調(diào)修兩種方式來減小焊接變形。通過焊接前、重、后的處理，能夠最大程度的保證車輛的焊接變形量，保證車體尺寸。

4.總結(jié)

隨著我國高速軌道行業(yè)的快速發(fā)展，人們?cè)趯で筝p量化的車輛設(shè)計(jì)以滿足不斷提升的軸重要求。鋁合金材質(zhì)憑借其優(yōu)良的耐腐蝕性及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度成為了軌道車輛車體的只要輕量化材料。本文通過對(duì)鋁合金材質(zhì)焊接的工藝方法進(jìn)行討論，著重分析了車體焊接變形及控制手段，討論了車體焊接前、中、后期對(duì)于車體變形的處理。

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