铝合金动车组受电弓安装座组焊工艺研究

贺伟栋

（中车青岛四方机车车辆股份有限公司，山东 青岛 266000）

受电弓具有弓头质量小、良好空气动力学特性、良好的受流性能、结构简单、维修方便等特点，是高速列车的十大关键技术之一。现在我国高速列车的速度已经发展到380km/h，运行时受电弓运动振幅加大，因此对受电弓安装提出了更高的要求，下面介绍一下高速列车受电弓安装座的组焊工艺。

1 材料性能

1.1 基本性能

与其他金属相比，铝具有密度低、导电率高、热导率高的特点，并且塑性和加工性能好，但强度较低（只有90MPa左右）。另外，铝金属表面一般都有一层致密的氧化膜，可防止酸腐蚀，但在碱性溶液中会被迅速破坏。

由于铝合金上述特性，会在后续焊接过程中产生一系列影响，如较强的氧化能力、较大的热导率和比热容、线膨胀系数大、容易形成气孔，故在焊接前要对母材进行特别处理。

1.2 铝合金车体材料简介

铝合金普遍应用于动车组车体生产过程中，通过添加镁、锰、硅、铜、锌等元素，可获得不同性能的金属材料，适用于车体不同受力部位。目前主要由5000系列（Al-Mg合金）、6000系列（Al-Mg-Si合金）、7000（Al-Zn-Mg-合金）系列。

5000系列、6000系列、7000系列呈现不同的特性，普遍使用的铝合金主要A5083、A6N01，A7N01三种材料，其中A5083用在骨架及板状的制件，其耐蚀性、焊接性好，但挤压性能差；A6N01主要用在车顶、侧墙、底架地板、端墙等受力不大的部件；A7N01主要用在牵引梁、枕梁、车钩座、缓冲梁、高度阀座、抗蛇形扭杆座等受力较大的部件制造。受电弓安装座材料为A5083P-O（退火）。

2 受电弓安装座施工工艺

在车顶的生产过程中，受电弓安装座是比较重要的部件，其安装的质量好坏直接关系到受电弓的安装质量，从而影响到牵引动力的顺利流通，所以在安装时必须遵循一下流程进行施工，如图1所示。

图1 受电弓安装座施工工艺流程

2.1 开工准备

检查焊机，准备风动砂轮机、风动铣刀、安装样板、胶片样板、塑料锤等是否处在正常使用状态，如图2所示。

图2 开工前的准备

受电弓安装座安装的检查：安装前必须检查各个工件的尺寸情况，并且各零件表面要干净、整洁、无油污、各端面要平整、无毛刺。

2.2 受电弓安装座安装、点固

受电弓安装座安装在车顶的外侧，为了保证紧密安装，首先对车顶板外已焊焊缝进行处理：用风动铣刀将安装部位的通长焊缝部位焊缝余高磨平，如图3所示。

根据胶片样板画出的安装座安装位置，先将中间受电弓安装座放置，在划线部位对正，再将另外两个安装座预放置，然后放上安装样板，放入定位销，将受电弓安装座整体定位，要求安装座底座与车顶板间隙要求小于1mm，上平面卡平间隙不超过1.5mm，如图4所示。

图3 安装部分焊缝余高处理

图4 安装样板使用示意图

将受电弓安装座点固后松开安装样板，然后进行点固，焊此板厚组合为3mm+5mm铝合金板，焊接时采用脉冲MIG焊，焊丝为φ1.2mm铝合金焊丝，牌号为ER5356，保护气体材料纯度大于99.999%的高纯氩气，焊接时使用KEMPPI3200风冷焊机，焊接参数具体如表1所示。

点固焊是应该在距工件端部20mm以上处进行焊接，焊缝长度为15mm左右，具体标准如表2所示。

考虑到具体施工的情况有所不同，其中电流，电压，焊接速度可以上下浮动10%，如果当环境温度低于5℃时或当环境湿度大于80%时，为了防止产生气孔、焊缝熔合不良等缺陷，需对待焊部位进行预热，注意预热温度应低于150℃，且时间不要太长，避免破坏母材的性能。

表1 点固焊的焊接参数

表2 点固焊截面形状

2.3 安装部位焊前打磨

由于铝合金在大气中特别容易氧化，其表面会形成薄薄的氧化膜，熔点为2050℃，远高于铝合金本身的熔点，焊接时会阻碍焊缝金属的熔合，并且该氧化膜的比重比铝合金大，在焊接过程中会沉入熔池的底部形成夹渣。氧化膜里面还吸收有大量的湿气，容易导致焊缝出现气孔缺陷，故正式焊接前必须对其进行清除。另外定位焊是在焊缝周围产生的黑灰对焊接质量的影响也很大，故也需要清除，用不锈钢钢丝轮或钢丝刷打磨安装部位的型材直至露出金属光泽，如图5所示。

图5 待焊部分焊前打磨清理

2.4 正式焊接

由前面所知铝合金的线膨胀系数大，即焊接时容易产生变形，为了减少受电弓安装座的变形量，该焊缝采用断续焊的形式。首先，根据焊接要求用油笔画出安装座段焊位置，受电弓安装座焊接即间距的长度如图6所示。

图6 受电弓安装座焊接要求

为了进一步减少焊接变形，先焊接收缩量大的焊缝，在焊接后收缩量小的焊缝，故先焊接长焊缝，在焊接短焊缝。在此对受电弓安装座焊接顺序进行规定，焊接顺序如图7所示。图7中的标示1、2、3、4表示单件焊接顺序，焊接方向如图箭头所示，①、②、③表示座的安装顺序，此焊接规范参数如表1所示。

2.5 焊后焊缝处理

用不锈钢钢丝轮或钢丝刷打磨焊接部位的黑灰；用风动铣刀将焊缝打磨处理，起弧、收弧以及拐角处焊接必须进行打磨以消除焊接内应力，如图8所示。

图7 受电弓安装座焊接顺序

图8 焊缝拐角处的处理

最后的焊接要求目视无裂纹、咬边、气孔、夹渣等缺陷。焊接完成后安装座底座与车顶板间隙要求小于1mm，上平面卡平间隙不超过1.5mm。

3 缺陷及修补措施

3.1 裂纹的消除与补焊

（1）表面裂纹去除。通过打磨方式去除表面裂纹，深度控制在0.1倍板厚且不超过0.5mm。打磨后通过渗透探伤进行确认，探伤合格后无需补焊。

（2）焊接裂纹消除。若打磨仍无法消除裂纹，应清除后重新堆焊处置。即使用表面切割、打磨等方法充分地去除裂纹，清除完毕后开坡口，采用堆焊处理。坡口的形状根据缺陷的大小确定。多层焊应清根，用渗透探伤确认完全清除裂纹后再进行焊接。

3.2 气孔的消除与补焊

（1）能够打磨去除的气孔。对焊缝进行打磨，打磨深度控制在0.1倍板厚且不超过0.5mm。通过渗透探伤确认，经过打磨能够消除的，不需要补焊。

（2）必须通过补焊接消除的气孔。通过打磨法仍无法消除的，使用表面切割、打磨等方法去除气孔，清除后开出坡口，采用堆焊处理。坡口的形状根据缺陷的大小确定，通常开V形槽，槽深以充分清理掉既有缺陷为原则。焊接后修整焊缝的形状。

4 结束语

确定受电弓安装座的组焊工艺是为了保证受电弓的顺利安装，焊接前各个工序的操作最焊接都会有影响，如零件的来料情况、焊接工具的使用状态、操作者的焊接水平、环境的温湿度、焊接材料的成分、保护气体的纯度等。必须严格规范工艺过程，如尺寸定位、焊前清理、焊接参数、焊接顺序、焊后处理等，只有保证每个焊接步骤的质量，才能得到满足要求的产品。