铝合金地铁牵枕缓焊接变形控制及组焊工艺研究

魏刚 李凯平 丁雷

摘要：地铁列车运行过程中停靠点多，车体上焊缝基本处于动载状态工作业，因此对焊接部件的质量有严格要求。随着城轨地铁的快速发展，车体所用铝合金材料品种逐渐增多。由于铝合金独特的物理化学性质，在焊接过程中容易产生气孔、未熔合、裂纹等缺陷，因此必须采取相应措施，有效地控制焊接质量。

关键词：铝合金地铁牵枕缓焊接变形控制;组焊工艺

一、牵枕缓结构

牵枕缓组成是轨道客车底架乃至车体钢结构组成中的重要部分。它由牵引梁、枕梁、缓冲梁三部分组成，牵枕缓组成在车辆运行中不仅要承受整车的载重，还要承受车辆的牵引力和制动力，因此，其制造质量非常重要。牵枕缓组对后的尺寸直接决定着车体钢结构的尺寸，进而影响整车的质量以及与转向架连接时的情况，决定整车运行时相邻两节车厢是否同心、是否出现高低差和错位现象等。

二、焊接变形的分类

工件焊接后，熔池金属受热胀冷缩作用，焊缝冷却后体积缩小，工件产生形变，由于铝合金线膨胀系数大，焊接后会产生变形。焊接变形主要分为收缩变形、角变形、弯曲变形（也稱挠曲变形）、波浪变形、扭曲变形、错边变形等每个工件产生的变形可能由一种或几种变形共同组成。收缩变形分为焊缝横向收缩和焊缝纵向收缩：焊缝横向收缩为焊后垂直于焊缝方向的收缩变形;焊缝纵向收缩为焊后沿焊缝焊接方向发生的收缩变形，收缩变形跟焊缝的层道数、刚性约束程度呈正比。角变形是焊缝横向收缩变形在焊缝横截面上下分布不均匀造成的。角变形主要发生于对接接头焊缝、T型接头焊缝。坡口的形状和焊角的大小都会影响角变形的程度。双面坡口的对接焊缝角变形相对较小。

三、铝合金地铁牵枕缓焊接变形控制及组焊工艺

（一）实际生产中焊接变形的控制方法。1.反变形法根据产品的结构特点，结合类似结构出现的焊接变形量，对组装的部件进行预放量，组装时，使组件沿变形的反方向预置一定的量，通过刚性约束进行固定，减小焊接变形。2.制定合理的焊接顺序合理的焊接顺序是尽量减少一次性焊接热输入量，将组件先分部件焊接再进行总成，每个部件焊接量尽量均匀，对称错开施焊，由内向外焊，先焊应力小的焊缝再焊应力大的焊缝，焊接拐角处不能停弧。3.焊后调修法焊接变形的调修遵循先总体后局部，多次遵循小量的原则进行。由于牵枕缓部件的结构不同，焊接变形不一致，根据变形的特点，确定牵引梁、车钩座采用火焰调修，其它部件和牵枕缓总成采用机械调修。焊接数值模拟的发展是从解析法开始的，随着数值计算技术的发展，逐步过渡到有限差分法、有限单元法、数值积分法、蒙特卡洛法等数值分析法。其中，有限单元法因为其求解的精度和效率现在已经成为研究焊接变形的主要数值模拟手段，而在有限单元法中，固有应变法和热弹塑性有限元法是使用最多的方法。焊接数值模拟的理论意义在于通过对复杂或不可观察的焊接现象进行模拟和对极端情况下尚不知的规则的预测，以助于认清焊接现象的本质，弄清焊接过程的规律。焊接数值模拟的现实意义在于对焊接现象和过程的数值模拟，可以优化焊接结构设计和工艺设计，从而减少试验工作量，提高焊接质量。烤点形状及位置与单根牵引梁的弯曲相同。但是由于牵引梁有隔板和盖板，烤点位置应该选在距离隔板两侧各100mm左右的地方比较合适.以防止牵引梁内距发生变化，两根牵引梁的位置应相对应地烤，总之，应使两根牵引梁的收缩量一致。在低的一侧枕梁下部加顶针，同时在靠近牵引梁的枕梁下盖板要加拉紧工装拉住。高的一侧要在边梁上面加压紧器下压在旁承处加顶针，按照要求高度尺寸进行矫正。

（二）组焊工艺。一是牵引梁。牵引梁是整个底架中与车钩相连接的部位，牵引梁焊接后可能会出现同时向外、同时向内或者向一侧摆头的现象，牵引梁的纵向中心与底架的纵向中心的偏转角度影响着两车连挂时车钩钩头的高度差、偏转角度等，进而影响着整车的运行稳定。因此可以通过控制牵引梁的焊接顺序来控制焊接变形。将接口两侧各20mm范围内的油污、杂质、氧化膜等清理干净;点固焊牵引梁，焊接连接接缝，允许先焊内侧面，然后再焊接背面，内侧斜缝允许在牵引梁组成后焊接。牵引梁合成点固焊焊缝长度10mm。为防止牵引梁扭曲，下盖板焊缝由两名焊工对称逆向分段焊。牵引梁与下盖板内侧焊缝可在牵枕缓组成工序焊。为了控制局部变形。牵引梁端部150mm的点固焊缝调整到底架安装完补板再进行焊接。二是缓冲梁。将缓冲梁在翻转180°处于反装位置，完成平角焊缝焊接。松开夹紧，将缓冲梁吊出胎位放在修正台上，向上压紧，完成加强梁与缓冲梁外侧焊缝焊接。三是枕梁。枕梁是车体与转向架连接的关键部件。枕梁的下平面度、腹板的平面度等都直接影响着枕梁与转向架的连接，进而影响整车的平稳运行，如何通过控制焊接顺序来调整焊接变形非常关键。枕梁的焊接顺序为：①为防止焊接变形。将两个枕梁腹板用夹具背对背夹紧，吊到翻转工装上，依次组对点固焊钢管、立板、隔板等;②由中心向两侧完成板、管与下盖板平角焊缝焊接;③枕梁翻转顺序完成另一侧枕梁平角焊缝焊接;④将枕梁翻转90。完成腹板、隔板、立板，钢管间角焊缝焊接;⑤焊缝冷却后松开压紧，吊下枕梁组成，安装旁承磨耗板，按图样技术要求执行。牵枕缓组成焊接时注意对称焊接：（1）对称焊接牵引梁下翼面与牵引梁下盖板搭接角焊缝。（2）对称焊接牵引梁下翼面与枕梁下盖板和枕梁腹板的平角焊缝，以及其与缓冲梁下翼面的对接焊缝。（3）对称焊接牵引梁上翼面与枕梁腹板对接缝以及与缓冲梁上翼面和腹板焊缝。

通过对牵枕缓的结构和焊接工艺进行分析研究，并用于实际生产，大幅地减少了焊接缺陷，确保了牵枕缓的焊接质量，提高了生产效率。

参考文献：

[1]刘岩.铝制地铁车辆车体的应用[J].轻合金加工技术，2017（05）：42-43.

[2]耿烽，左言言，李树栋.铝合金A型地铁轻量化车体结构与有限元建模明.制造业自动化，2017，32（12）：169-171.

[3]朱正锋，张国荣等.铝合金在轨道交通业的应用与展望铁道机车车辆工人，2016（1）：26-30.