轨道车辆铝合金车体焊接变形控制研究

摘 要：随着我国经济快速发展，轨道车辆已经成为我国重要的交通方式之一，最近几年，轨道交通建设规模不断扩大，铝合金作为轨道车辆中的重要材料，其焊接质量直接关系到车辆的整体质量，其中焊接变形是影响铝合金焊后质量的关键因素。本文从造成焊接变形的基本因素入手，研究温度场分布不均匀导致局部塑性变形以及热胀率容积不同导致焊接变形，说明实际生产过程中对焊接变形进行控制的方法。

关键词：轨道车辆；铝合金车体；焊接变形

一、概述

铝是自然界中广泛存在的金属，经过热处理，它的机械性能完全可以同碳钢相媲美，在轻量化和耐腐蚀等几个方面完全超越了碳钢。随着经济的发展，对轨道列车的行驶速度要求越来越高，如何有效地提高车辆运行速度成为了轨道交通研究人员的课题，车辆轻量化是车辆提速有效的途径。铝合金材料以其优越的性能成为车体制造材料的首选，但由于铝合金的热传导率高焊接变形大难以提高焊接质量而成为制造中的困难。本文根据公司生产实践，通过焊接不同过程中的准备及处理，简单分析介绍了控制焊接变形的方法及纠正预防措施。

二、焊前准备

（一）准备

在铝合金焊接前需要对待焊缝进行工艺分析，为保障焊接质量打下坚实的基础。如：避免在尖点、拐点等应力集中区进行焊接，防止冷裂纹缺陷的产生；对不同厚度工件进行焊接时，需通过打磨得方式使焊缝区域圆滑过渡，防止焊缝突变影响最终的焊接质量。

（二）清理

在铝合金焊接中必须要做好清理工作，母材待焊接区域的表面必须无附着物、污染物，如：污物、锈、起鳞、腐蚀物、油污和油漆，焊接清理前必须首先清除表面附着物以防止焊接缺陷的产生。

在铝合金焊接前，首先有机溶剂及机械清理对待焊区域表面及两侧去除油污，擦除表面残留铝合金清洗液后，再利用不锈钢钢丝刷对待焊区域及两侧进行打磨，将铝合金表面打磨出金属光泽，清除铝合金表面氧化膜。打磨后需在一定时间内完成焊接，防止氧化膜的再次出现，影响焊接质量。

（三）焊接垫板

在高温环境下，铝合金的强度较低，焊接过程中经常出现烧穿或塌陷。生产过程中常使用增加焊接工艺垫板的方式，杜绝这种现象的产生。在焊接工艺设计中，为减少焊接热输入量对焊缝的影响，可采用快速冷却的方式，保证焊接质量。

（四）焊接工装

在铝合金焊接的过程当中，焊接工装控制焊接变形、保证焊接质量的有效方式。在焊接工装的设计时，需综合考量夹紧位置、加持力均匀、焊枪可达性及焊接顺序等多方面因素，提高工件焊接质量，同时有效的提高焊接效率。

三、铝合金车体焊接变形的控制方法

（一）焊前控制

焊前控制主要包括预置反变形、制备合理的固定压紧工装等。反变形通过提前向变形相反方向预置变形实现，对于双层中空型材焊接，如果无反变形，焊后变形如图1。一般焊接双层中空型材，要预置反变形，以减少焊后变形过大而增加调修工作量。一般的预置方式是用直径25mm左右的圆形支撑支撑在焊缝中心，预置值从工件中心向两侧由大变小，工件两侧预置值为0，且两侧需压紧固定。中间最大预置值需通过前几个工件来进行探索， 一旦该值被确定，就需要固定下来，以方便批量生产，图2是某车顶正位焊接反变形工装示意图。

图1双层板对接（无预置反变形）

图2车顶正位反变形支撑方式

（二）焊中控制

在控制焊接结构变形中，焊接顺序的制定以及焊接参数的选择都是重要影响因素。在确定焊接顺序时受到诸多因素影响，要进行充分的工艺分析，主要包括：1、所有的焊缝均要在焊接顺序表中标识。2、确保焊接的可达性，确定合理的焊枪角度。3、焊缝收缩方向尽可能做到无约束，确保焊接方向要从中间向两端、从里到外。4、通常在对接和角接同时存在时，要先进行对接焊缝的焊接。5、在Y形和V形坡口焊缝同时存在时，要先进行Y形坡口的焊接。6、在进行长焊缝的焊接时，通常采用对称焊接的方式，从而能够有效的抵消焊缝造成的变形。在确定焊接参数时，需要考虑到各种因素，包括焊接接头形式、焊接位置、保护气体、母材等，根据焊工的实际操作水平，焊接速度，在达到焊接熔深的基础上，尽可能的将热输入降低。

（三）焊后控制

通过焊前、焊中控制若是还不能够有效的保障焊接的质量，就需要通过热调或冷调方式进行工件的变形矫正。热调主要是利用局部加热再冷却产生的收缩变形对原来变形进行矫正的工艺方法，也称为火焰矫正。冷调主要是通过压力机或者锤击在相反方向敲击变形部位，热调方式主要适用于中空型材焊接的长大部件，在铝合金矫正时，温度应当控制在150℃-200℃的范围内，并且需要控制时间，尽可能在较短的时间内完成。

四、结语

铝合金作为轨道车辆的重要材料，其焊接质量直接关系到车辆整体的质量，变形问题是焊接的质量通病，因此需要通过焊前、焊中、焊后对焊接变形进行控制，有效的保障铝合金车辆的质量，促进轨道交通更好的发展。

参考文献：

[1]刘日科.轨道车辆铝合金车体焊接变形控制研究[J].科技创业家，2014.

[2]胡冬生，尹志春，杨明睿等.铝合金车体焊接变形及其控制方法初探[J].广东科技，2014（20）：161-163.

[3]刘计文，宋长胜.铝合金车体焊接变形控制研究[J].机车车辆工艺，2016.