对轨道车辆生产中铝板折弯裂纹缺陷的研究

李 帅 张静静 阮小丹 曾要争 胡基贵

(中车南京浦镇车辆有限公司 江苏 南京 210031)

铝为地壳中含量最多的金属元素，因其具有密度低、强度适中、加工性能好等一系列优点被广泛应用于包装、建筑、交通运输等行业。铝合金已成为轨道交通行业中不可或缺的一部分[1]，但在实际生产过程中发现铝合金存在各种缺陷[2]。铝合金折弯时出现裂纹时有发生，目前也有很多关于对此种缺陷的研究[3-4]。下面以某地铁线车辆补强板来料出现裂纹为例，研究分析了造成铝合金板材折弯缺陷的原因，及相应的处理和预防措施。

1 原因分析

某地铁车辆底架生产过程中发现与车钩横梁、底架边梁连接的补强板来料出现裂纹，裂纹位于补强板折弯圆弧部位断面、平行于板厚方向，长度5 mm～30 mm不等(见图1)。

图1 裂纹示意

对裂纹深度进行检测，连续对多个补强板裂纹往深度方向进行打磨，深度在1 mm～8 mm之间。

(1)经第三方检验机构对补强板裂纹断口进行检验，母材金相组织无异常，未见夹渣等缺陷，故排除组织缺陷因素。

(2)板材机械性能检测结果如表1所示， 板材各关键性能指标均满足标准要求，但板材屈服强度比较大，即变形屈服后很容易发生开裂。

表1 板材机械性能结果

(3)补强板为非对称结构，在折弯过程中圆弧断面发生不均匀的形变，出现剪切力，导致晶界滑移(中性层上部往外变形，中性层下部往里变形)出现开裂(见图2)。

图2 整改前折弯示意图

2 处理措施

2.1 对于某地铁车辆在制底架

(1)切除问题补强板：将发现裂纹的补强板使用角磨机全部切除，切除时禁止一切到底(预留2 mm以上)，避免伤及母材。

(2)PT探伤切割部位：使用抛光片将残余焊缝金属打磨抛光，并对切割区域进行PT检测，确保无裂纹。

(3)补强板来料检查：车体车间对补强板折弯圆弧断面处进行PT检测，确保无裂纹。

(4)重新焊接新的补强板：按照原工艺重新安装焊接经确认无裂纹的补强板。

(5)焊后PT检测：焊接完成后对补强板折弯圆弧断面处再次进行PT检测，确保无裂纹。

2.2 对于已经完成车体总成的车辆

经多次打磨检测，确定裂纹深度未超过10 mm，经动车设计部进行强度计算评估，使用打磨去除裂纹的方法，在裂纹去除后打磨深度不超过10 mm，将补强板断面打磨成与原有轮廓平行，能满足设计强度要求。故采用打磨去除的方法对已焊接上车的补强板裂纹进行处理，具体措施如下：

(1)PT检测、确定位置：对存在裂纹的位置，进行PT检测，确定裂纹的准确位置及范围。

(2)去除裂纹：使用直磨机沿板宽方向清除裂纹，直至裂纹完全消失，打磨推进深度不允许大于10 mm。

(3)PT检测确认：再次对打磨部位及周边进行PT检测，确保裂纹完全清除。

(4)补强板轮廓修磨：使用打磨画线样板沿打磨最深处边缘画线，根据画线标记打磨周边母材，确保打磨后外轮廓与原有轮廓平行，顺滑无毛刺。

(5)针对已完成油漆的车体，由于打磨造成油漆损坏的，对该区域进行补漆处理。

注意：打磨前需进行打磨工作试件练习，得到技术部工程师认可后方可上车打磨。

2.3 其他处理方法

通过热处理来控制铝板特性，铝板6082在T6状态时，硬度高且不易变形，故可以在T4状态下进行折弯，T4状态相比T6状态材料硬度较低，且可塑性较高，待折弯成型后再通过热处理变为T6状态，但该方法存在局限性，传统的铝板来料状态统一，一般加工工厂没有铝合金热处理工艺，铝合金热处理工艺在型材厂家才具备，故要完成上述工作，该零件需要由型材厂家生产。

3 预防措施

(1)调整补强板生产工艺，补强板出现裂纹的斜边一侧多余金属(深度15 mm)在下料时先不去除，待折弯后再将多余部分加工去除(见图3)。

图3 整改后折弯示意图

(2)增加探伤要求、加强质量管控：①对补强板发货前、来料后、焊接后增加PT探伤要求；②质量部门加强后续来料质量管控。

4 结论

铝合金板材在折弯时，应注意以下几点：

(1)尽量要沿着板材的纹理方向折弯；

(2)若折弯板材需要机加工，且机加工方向与折弯方向有角度时，尽量先折弯再机加工；

(3)对铝合金板材的来料进行控制，避免材料的屈服强度过高；

(4)若条件许可，建议铝合金板材在T4状态下进行折弯，再通过热处理达到T6状态。