轨道车辆铝合金车体焊接工艺探究

杨丰 周晶辉 盛腾飞

摘要：针对轨道车辆来说，铝合金型材是最主要的构成材料，需要采用焊接工艺进行组合。本文以轨道车辆为例，从焊接工艺方面入手，对铝合金车体进行了全面分析，探讨了如何在铝合金车体中良好的控制焊接变形，目的是为了从规格和强度方面，加强对铝合金车体的良好控制。进而使轨道车辆能够更具可靠性。

关键词：轨道车辆;铝合金车体;焊接工艺

铝合金的膨胀系数十分突出，特别是凝固状态时，其收缩现象十分明显，所以需要做好对焊接工作的良好控制，避免由于变形而出现质量问题。如果所操作的铝合金材料属于薄壁型，那么不仅需要做好对变形问题的控制，还需要对气孔和裂纹加以关注。所以，需要从焊接工艺方面，通过对铝合金的不断提升，来实现对焊接问题的避免，对焊接品质的提升。

一、分析轨道车辆铝合金车体所具有的焊接特征

（一）较高的焊接方式和焊接速度要求

在焊接铝合金的过程中，需要采用惰性气体以及钨极惰性气体等各种方式来保护焊接。因此在进行焊接操作期间，如果夹板的厚度较大，就需要均匀的分部焊缝，以此来实现对焊接品质的大幅提升。此外，还需要及时顺利的排出气体，对焊接速度进行控制，采用与之相符的电流。如果需要对薄板进行操作，为了实现对过热现象的避免，就需要加快焊接速度，在快速焊接的同时减小电流，以此来为焊接品质提供保证，通过对相关措施的采取，来实现对气孔的避免。

（二）易形成气孔

合金的整个表面之所以具有吸水性，主要是由于存在氧化膜，特别是在水分较多的环境中，氧化膜会吸收大量水分，再加上存在电弧，因此在进行分解时会出现氢气，如果无法及时排出溶池中，就会导致大量气孔的出现。

（三）铝与氧的亲和力很强

极易在空气中结合氧生成氧化铝薄膜，此类薄膜具有致密而结实的特点，达到了0.1μm的厚度和2050℃的熔点，它的熔点比铝和铝合金更高，且具有较大的密度，比铝高了1.4倍。在焊接期间，由于金属间存在氧化铝薄膜，因此无法良好的结合，极易导致夹渣的形成。此外，由于氧化膜还能够实现对水分的吸附，在进行焊接的过程中，会导致焊缝成为气孔。此类缺陷会导致焊接接头无法保持良好的性能。想要开展高质量的焊接，就必须在焊接前在焊件表面清理干净其氧化物，避免焊接期间出现二次氧化，以此來有效的保护处于熔化和高温条件下的金属，这是焊接铝合金和铝最显著的特点。

三.较大的线膨胀系数

铝和铝合金具有大于钢两倍的线膨胀系数，体积收缩在凝固时的频率为6.5%～6.6%，所以极易导致焊接变形的出现。最有效的变形防范措施不只是对工艺参数和焊接顺序的合理选择，还需要做好合理的焊接工装，特别是对于薄板的焊接。此外，在焊接部分铝及铝合金的过程中，在焊缝金属和热影响区极易出现结晶裂纹和液化裂纹，主要是由于脆性温度区间存在的内应力过大而导致的热裂纹，这是在高强度焊接铝合金时，经常会出现的一项严重缺陷。在进行实际焊接的过程中，为了实现对此类裂纹的避免，就需要对接头设计进行改进，为焊接操作选择合理的工艺参数和顺序，选择与母材特点相符的材料来进行焊接填充等。

二、铝合金车体焊接工艺

（一）介绍焊接铝合金车体的工艺流程

在焊接铝合金车体时，需要按照如下流程操作：预组车体、调整尺寸、清理表面等等，在组装期间，由于存在着许多误差和变形问题，因此在焊接车体的过程中，就需要消化各类缺点。想要实现对焊接质量的良好控制，就需要在焊接前做到明确尺寸和适当调整，并且需要预先做好评估工作，对工艺放量引起重视。此外，还需要在焊接期间做好控制工作，对工装和辅助杆的撑拉作用进行发挥，以此来控制变形问题，实现对焊接质量的切实提升。

二.控制车体焊接几何尺寸

在焊接铝合金车体期间，由于焊缝与结构界面的中心线和中心轴无法重合或对称，因此在焊接完车体之后，侧墙会存在弯曲变形问题。在焊接车体的过程中，此类变形主要有如下表现，在焊接完车体后，改变侧墙直线度、侧墙宽度等，因此无法达到技术标准;根据实践经验，制定了相应的焊接顺序以及预变形控制等措施，主要如下：

1.在焊接车体的过程中，想要尽可能保证焊接对称，避免出现严重变形，就需要在焊接顺序制定期间，统一按照逐端焊接的形式;在进行焊接的过程中，需要同时在一位和二位进行焊接。

2.在控制预变形的过程中，需要在焊接开始前，专门借助相关的工艺装备和测量设备来对车体进行测量，主要的车体测量数据有侧墙直线度、宽度及高度，结合记录数据的分析结果得知，在车辆预制变形期间需要借助的工具主要有手拉葫芦以及工艺顶杆等。

3.现从整个车身上对5个测量点进行了均匀的选取，各测量点的尺寸会随着不同的工艺流程而发生改变。

根据相关数据能够得知，车体在焊接后的宽度和高度都会减少，所以，需要在焊接开始前结合车辆的实际情况，从车高和车宽方面入手，对车体进行调整，适当地对车高和车宽进行增加，也就是借助预变形法来控制焊接完后的铝合金车体尺寸。

4.重视焊接后的检测

在焊接完车体之后，难免会出现裂纹以及缺乏良好的融合度等焊接缺陷，因此需要对裂缝检测予以重视，可以采用目测以及射线检测等主要方式，如果需要返修，就需要剖开缺陷部位然后实施再次焊接，直到质量检测合格。

三、避免铝合金材料焊接易产生缺陷的对策

由于铝合金存在过低的熔点、导热和热膨胀较为明显，所以在进行焊接的过程中，极易导致裂纹以及气孔等现象的出现。

（一）裂纹

在焊接铝合金的过程中，主要存在凝固和晶界液化这两种形式的裂纹。在焊缝的开头和结尾这两个阶段极易产生焊接裂纹。

（二）气孔

在焊接铝合金的过程中，导致气孔形成的主要因素就是氢气，防止气孔出现的措施如下：1.需要在母材表面和焊丝表面去除其油污和水分;2.在拆卸完焊丝包装后，需要尽快用完，如果当天有剩余的焊丝，就需要拆下，保存在保温箱内。

（三）焊接变形

由于在纵向收缩期间，铝合金焊接会出现变形以及残余应力的现象，例如弯曲、翘曲以及波浪变形等。因此需要做好对焊接变形的预防：1.采用合理的顺序来进行焊接，必要时需要对焊接顺序进行制定。2.需要固定机械，结合产品机构来对工装夹具进行合理的设计和制作。

结束语：

在焊接制造轨道车辆车体时，想要应用铝合金材料，就需要在车体制造期间采用严格的技术，由于铝合金存在着明显的导热和热膨胀等现象，因此在焊接期间需要加大快速焊接的电流，因此难度较大;在生产制造车体的过程中，仍需通过努力的探索和改进，来为铝合金车体提供更高水平的制造技术;保证焊接期间不会有缺陷存在，进而实现对焊接质量和焊接效率的提升。

参考文献

[1]火巧英，陶富文.轨道车辆铝合金车体枕梁激光-MIG复合焊接工艺研究[J].金属加工（热加工），2017（04）：14-17.

[2]张占岭.轨道车辆铝合金车体焊接工艺探究[J].装备制造技术，2012（04）：241-242.