铝合金车体地板焊接变形控制探索

铝合金是以铝为基础，加入一种或几种其他元素构成的合金。目前轨道行业内，车体采用轻量化概念设计，故车体承载结构一般采用大型中空截面铝合金挤压型材、高强度复合材料或不锈钢，其中铝合金材料制造的车体具有重量轻、耐腐蚀、外观平整度好、材料可以再生利用环保等优点广受世界各城市交通公司和铁道运输部门的欢迎，具有广阔的发展空间及市场。地板作为铝合金车体底架的主要组成部分之一，也是城轨车体的主要承力部件，在整个生产制造过程中是很关键的一部分，但是焊接过程中产生的变形，会严重影响地板的使用效果，因此怎样能够更好地控制其变形，是整个车体生产制造的关键之一。

1概述

在焊接过程中，由于焊接接头处各部分温差很大，不均匀的受热和冷却导致涨缩不均，是引起焊接内应力与变形的根本原因，根据不同的地板结构，通过使用不同的工装结构、反变形设置、焊接顺序、调修等方法，都会取得很好的效果，下面我们就从这几方面入手，针对铝合金车体地板的焊接变形控制进行说明。

2工装结构

工装是整个生产过程中至关重要的一部分，设计靠工艺保证，而工艺则靠工装保证，因此合适的工装是生产出合格产品的关键所在。针对铝合金车体地板工装，方案一，选用正装、反装两套工装独立实现正反装功能，如某高速动车地板自动焊工装（如图1）；方案二，选用一套工装实现正反装功能，如某地铁线地板自动焊接工装（如图2）。两套方案各有优缺点。方案一中，两套工装缩短了单个工序的时间，正装和反装都可以独立作业，也方便独立设置反变形，但是费用较高，同时占用的自动焊接机器人的空间较大，也不便于车型的转化，适用于单品种，大批量的生产；方案二中，一套工装要实现正反装功能，那么在结构方面较独立的正装或者是反装工装更为复杂，同时需要采用便携的反变形调整装置，比如风缸自动调整楔形块的方法，或者是用便携的拆卸块，来实现不同的反变形量的调整，总体故障率相对较高，需要兼顾的点也比较多，同时单个工序的时间较长，但是总体费用相比较低，占用的自动焊接机器人的空间也小，通过局部调整也可以满足相近车型的需要，适用于多品种，中小批量的生产。

3反变形设置

为了更好地保证地板最终的整体平面度，一般在正装的时候不设置反变形，保证地板的原始组装状态是一个平面，但是在反装的时候在焊缝的两侧设置适量的反变形量，使焊后的工件能够达到一个较为理想的状态，实现焊后不调修或者是少调修的目的，但是反变形量不可过大，过大的反变形容易造成型材插接口错边，进而造成焊后熔深不够、咬边等焊接缺陷，也有工艺不设置反变形的，如长客的地板制造，就不设置反变形，全部焊后调修，此方法对调修操作工的技能要求较高，但是降低了工装的复杂程度，另外使组焊工艺也更为简单。

4焊接顺序

一般来讲，自由状态下，一次焊接变形大于二次焊接变形；而在夹具的作用下，一次焊接变形要小于二次焊接变形，夹紧力越大，该现象越明显，另外从两边往中间焊接变形要小于从中间往两边的变形。基于以上几点，针对地板我们一般采用从两边往中间的焊法，反装亦然，同时针对段焊与自动焊之间的顺序，有以下几种方法，方法一，正面段焊，翻身，反面段焊，然后自动焊接，翻身，正面自动焊接；方法二，正面段焊，反面仰焊，正面自动焊接，翻身，反面自动焊接；方法三，增加重物，正面段焊，正面自动焊，反面自动焊。针对方法一，减少了仰焊的难度，另外工装高度也较低，上下工装比较方便，但是增加了一次翻身的工序，针对反面容易在翻身的过程中出现错别现象。方法二，工装高度较高，上下工装不便，另需要考虑仰焊的操作空间，对操作人员的技能要求较高，但是减少了翻身的次数，减少因为翻身造成的变形。方法三，减少了仰焊的难度，也减少了翻身的次数，也减少了段焊的次数，进而也降低了焊缝的缺陷几率，但是增加了重物的工序，针对型材截面薄、长度较短的地板比较适用。不同的地板结构，需要综合的去考虑不同的焊接顺序，选择最适合的方法，去寻求更高效的生产制造工艺。

5调修

无论采用什么样的措施，都不能避免焊接变形，适当的调修是必要的。调修主要有火焰调修、机械调修、热冷综合调修，根据材料的属性、需要控制的变形量等，选择不同的调修方法。针对地板，根据其结构特点，多采用火焰调修，通过在调修区域产生急冷，达到调修的效果。根据型材的材料不同，需要选择不同的调修温度，地板一般为6系材料，多采用250℃以下，采用水冷，或者是空冷，调修的位置通常为焊缝的位置，用平尺或者是样板测量地板，对地板最高的位置进行烤火，火焰不能太过集中，防止工件过热，甚至造成工件融化，影响工件强度等；烤火时的行进速度要均匀，烤把的火焰点要集中在焊缝的位置；如果采用水冷，则烤把的行进速度和水的行进速度要保持一致，局部的冷热不均，会造成焊缝的一侧出现鼓包现象，进而造成工件报废，因此针对操作人员需要对其进行培训，经多次模拟练习后方可上岗。

6结语

实践证明，通过多种方法有机的组合，实现铝合金车体地板焊接变形的控制是完全可行的，同时经过大家对工艺的不断调整与优化，寻求到领先国际一流水平的铝合金地板生产制造工艺也是指日可待。

作者：李博 万峰 李日辉