高速列车铝合金车体焊接工艺浅析

陈东方

（南车青岛四方机车车辆股份有限公司，山东 青岛 266111)

高速列车铝合金车体焊接工艺浅析

陈东方

（南车青岛四方机车车辆股份有限公司，山东 青岛 266111)

结合高速列车车体的实际生产过程，从焊前准备、焊接位置、变形控制及焊接缺陷等方面探讨了提高铝合金焊接品质的方法和措施。

高速列车；铝合金；焊接变形；焊接缺陷

大型铝合金挤压型材以其在减重性[1]、耐蚀性、加工性等方面具有其它材料无法比拟的优点,在高速列车车体上得到广泛应用[2]。由于我国早期普通列车车体制造不采用此种材料，国内对高速列车用铝合金材料焊接性和工艺缺乏相应的研究。随着近年来高速铁路行业的快速发展，轨道车辆用铝合金的焊接成为新的研究热点[3～5]。铝合金的热导率大和线膨胀系数较大的特点决定了焊接时易产生焊接变形，同时，铝合金焊接也极易产生气孔、裂纹等焊接缺陷。高速动车组制造的关键材料，铝合金焊接品质是决定高速列车长期安全运行的基础，对于提高高速列车的运行寿命具有重要意义[6]。

1 焊前清理

铝合金工件及焊丝表面的水分和油污等，在焊接过程中向焊缝金属提供溶解氢，是焊缝产生气孔的重要原因之一。氧化膜的存在很容易在焊缝进行中形成夹渣。因此，焊前须用丙酮对工件表面、坡口及其附近20～30mm范围进行严格的清理，去除油污和水分等杂质，用钢丝轮打磨以去除表面氧化膜、露出金属光泽。

2 焊接位置

在铝合金焊接时，金属液体粘度较大，熔池中的气体不易逸出而易形成气孔。因此，铝合金焊接时应尽量采取使气体能够较容易逸出的平焊位置。另外，平焊位置易于操作，对焊工技能的要求较低。非平焊位置应通过焊接工装转化为平焊位置。

在高速列车制造过程中，设计的具有旋转功能的工装可以实现这一目的。这种可以实现焊接变位的工装应用非常广泛，例如牵引梁旋转焊接工装可以使侧翼补强板的横焊位置转化为平焊位置，折弯处焊缝可以转化为方便焊接的横焊位置。枕梁回转内部焊缝焊接工装可以非常方便地将其它焊接位置转化为平焊位置。另外在端中梁焊接工装、减震器座焊接工装也具有此作用。

3 焊接变形的控制

在铝合金焊接中，必须采用大的热输入量，焊接结构很容易发生变形，必须采取必要措施对焊接变形加以控制，这是列车车体制造过程中非常重要的一个方面。在车体制造过程中，对焊接变形的控制方法主要有以下几个方面：

3.1 工艺撑控制焊接变形

此方法使用非常普遍，车体许多部件的生产中都采用的此方法。在进行牵引梁的内侧补强板焊接时需用工艺撑支撑牵引梁的两翼面之间以防止焊接变形。在牵引梁组对时，两片牵引梁间的工艺撑可以保证牵引梁内宽。在焊接头车端部边梁时需要在边梁上焊接工艺梁，增加变量的刚性，防止边梁变形。中部横梁焊接时要用工艺撑支撑两侧边梁以控制焊接变形，保证整个车体底架的宽度。

3.2 优化焊接顺序

由于高速列车车体焊缝数量多且分布复杂，合理的焊接顺序是产品质量的必要保证。在进行底架框架焊接时，应先进行刚性较大的枕梁和边梁的焊接，再焊牵引梁和枕梁的连接焊缝，然后再焊中部横梁与梁的焊缝以及缓冲梁与边梁的焊缝，而且在焊接中部横梁时遵循先中间后两边的原则，从中间向两边焊接，以控制焊接结构的变形。在车顶和侧墙的自动焊时也考虑了焊接顺序对变形的影响，通过优化焊接顺序可以控制焊接变形。

3.3 对称焊接控制变形

减震器座焊接时将两个减震器座焊接在一起，利用两个减震器座变形的相互制约来控制焊接变形。

3.4 预制反变形

焊缝的横向收缩会使焊接结构发生角变形。在焊接之前就对焊接结构预制反变形，预制的反变形角度恰当的情况下可以很好地消除焊接变形。在生产中采用此方法控制焊接变形的地方很多。牵引梁回转焊接时，将牵引梁固定在工装上时，折弯的角度实际上被拉小，折弯处焊缝的横向收缩会抵消预制的反变形，从而控制焊接变形。枕梁长直焊缝焊接、端中梁焊接、边梁自动焊以及双层地板的自动焊通过预制反变形对焊接变形进行控制。

3.5 焊后校正消除焊接变形

在生产中通过火焰调修和压力调修的方法消除焊接变形。火焰调修适用于变形小、薄板的变形。此方法在缓冲梁、侧墙和端墙等的调修中都有应用。压力调修适用于变形大、厚板的情况，在牵引梁、枕梁、缓冲梁的调修中应用较多。

4 焊接缺陷的预防和消除

焊接缺陷的产生过程十分复杂,与碳钢相比铝合金焊接更容易产生各种缺陷。缺陷对焊接结构承载能力有非常显著的影响。由于缺陷减小了结构承载横截面的有效面积,并且在缺陷周围产生了应力集中，因此会降低焊接结构的强度。焊接缺陷容易出现在焊缝及其附近区域,而这些区域正是结构中残余拉应力最大的地方。焊接缺陷一般包括有未焊透、未熔合、裂纹、夹渣、气孔、咬边、焊穿和焊缝成型不良等。

在车体生产中，只要现场操作人员严格按照焊接工艺规程的要求进行操作一般不会出现裂纹。实际生产中最常出现的焊接缺陷是气孔。原因一方面是由铝合金本身特性决定的，另一方面是沿海地区的空气湿度比较大的造成的。为了预防焊接气孔必须采取以下必要措施：严格进行焊前表面的去油和去氧化膜，清除母材的水分；焊丝要现拆现用，没用完的要放到烘干箱内保存；保护气中的含水量要严格控制。

为发现和控制焊接缺陷，对焊缝进行各种检验是必须的，根据焊缝的等级对焊缝采取不同的检验手段。不同的焊缝可采取目视检验，焊缝等级较高的可采取PT探伤，以控制焊缝的表面缺陷。对于车体中的关键部位，此部位对于焊缝的静强度和疲劳强度都要求很高，车体制造中采用X射线对焊缝进行探伤，以控制焊缝内部的缺陷。如焊缝中含有的裂纹、融合不良、气孔等缺陷超出规定的要求，应定为不合格品。对于不合格品应根据不合格品处理措施进行处理，允许进行修补的可进行修复以清除焊接缺陷，合格后流入下工序。对于不允许修补的部件应采取报废处理。

5 结束语

作为高速列车车体制造的关键工艺，铝合金的焊接有着非常重要的地位。如何提高铝合金的焊接品质成为铝合金车体制造中的关键，因此，本文结合车体生产的实际过程，分别从焊前准备、变形控制及焊接缺陷预防等方面探讨了提高铝合金焊接品质方法，期望提高铝合金车体制造的水平。

[1]王元良，周友龙，胡久富.铝合金运载工具轻量化及其焊接新技术的发展[J].电焊机，2005，35(9):14-18.

[2]陈文宾，丁叁叁.国产化CRH2型200 km/h动车组铝合金车体及技术创新[J].机车电传动，2008，(2):1-4.

[3]路 浩，马子奇，刘雪松，等.300 km/h高速列车车体残余应力超声波法无损测量[J].焊接学报，2010，31(8):29-32.

[4]路 浩，刘雪松，孟立春.高速列车车体服役状态残余应力超声波法无损测量及验证[J].焊接学报，2009，30(4):81-83.[5]张 健，雷 振，王旭友.高速列车6005A铝合金型材焊接热裂纹分析[J].焊接学报，2012，(4)：11-12.

[6]杨尚磊，孟立春，吕任远，等.高速车辆用A6N01铝合金的脉冲 MIG焊[J].焊接，2008，(9):33-35.

Welding Procedure of Aluminium Alloy on High-Speed Train Car Body

CHENDong-fang
（CSR Qingdao Sifang Co.，Ltd.，Qingdao Shandong 26611，China)

Combined with the actual production of high-speed train car body,techniques improving welding quality of aluminum alloy are discussed from welding preparation,welding position,welding deformation and welding defect.

high-speed train；aluminum alloy；welding deformation；welding defect

TG457.1

B

1672-545X（2013）01-0069-02

2012-10-13

陈东方（1986—），男，山东郓城人，助理工程师，硕士，现主要从事高速动车组铝合金车体工艺设计开发。