摘要：随着我国交通行业的快速发展，高铁以其速度快、载客量大、辐射面积广等优点被人们所选择。其中铝合金车体优势明显，有着非常大的需求量，其稳定性以及安全性能方面受到了人们的广泛关注。铝合金车体的制造离不开焊接，而焊接的质量对车体有着非常大的影响。由于焊接质量得不到精确的控制所以其在车体的制造过程中存在着很多的难题。本文就将焊接质量形变之间的关系、特点进行分析，从而使铝合金车体焊缝质量得到控制。
关键词：焊接变形控制；铝合金车体；焊缝质量控制
由于我国铝合金车辆采用传统的融化焊接技术制造，所以车体会存在不同程度的焊接变形。这样也会使焊缝产生对焊缝质量产生干扰，从而使车体寿命受到非常大的影响。铝合金车体的焊接质量无法保证将会给乘客的生命安全带来威胁，所以进行焊缝质量控制研究与车体焊接变形控制十分迫切，其存在着重要的意义。
1、铝合金车体焊接形变的原因
铝合金焊接产生形变及其难以控制存在几方面的原因，首先来说是熔点方面[1]。铝合金的熔点比钢铁要低，其大致在五百到六百摄氏度之间。但铝合金溶解热及比热要大于多数的金属，其是钢铁导热系数的五倍。在进行焊接的过程中需要给铝合金较为集中的且大量的热才可使其进行焊接。由于铝合金膨胀系数也较高，所以铝合金焊接对温度、时间的要求很高。然后是难操作。由于铝合金焊接次数多、类型多、控制难度大，这样给技术人员带来了一定的难题[2]。铝合金在大多数的情况下需要多块型材插接组焊成大的部件模块，最终将多个模块进行组合焊接构成轨道车辆。最后是二次焊接更易造成焊接变形。在焊接过程中一次焊接达不到所要的效果，但二次焊接会使焊接变形程度增大，这与二次焊接造成的刚性压紧应力与收缩应力的叠加远大于一次焊接所造成的焊接应力有关。
2、焊接变形与焊缝质量的关系
铝合金焊接产生形变不仅会使车体的形状与结构发生变化，还有可能会造成车体产生裂纹[3]。根据图1所示，焊接厚度方向错边变形与焊缝欠缺是由于焊接变形造成。其厚度方向产生收缩，这样焊道的缝隙会变大从而使熔融态的焊接材料不足。其中在过程中产生的向上翘曲的坡口无法通过焊接电弧融合，这样就产生了这种情况。焊缝根部裂纹未熔合情况如图2所示。
图 1 焊接厚度方向上的错边变形
图 2 焊缝根部裂纹未熔合图示
另外在焊缝施焊的最后过程中，铝合金地板型材插对接可能会出现局部变形。由于多道拼接焊缝横向收缩叠加可能会使组对间隙变大，焊缝被拉裂。焊接变形不仅会使焊缝的质量遭到破坏，还会使焊接时间增加。组合焊道状况发生了变化，这样就会使焊接后的模板与设计的不匹配从而无法识别，这样就会使焊接机停止。另外段焊缝必须要清除，这样非常容易造成安全隐患。在焊接过程中焊接形变会增大焊接材料的使用，若此时采用自动焊接将会使焊缝无法焊接完全。另外由于焊接变形所焊接的薄板会翘起，这样就造成了坡口边缘存在咬边。在焊接时会使铝合金局部受热，这样其会使焊缝与周边母材产生应力。而且焊接会使热源移动，这样焊缝与其周围的材料将会发生非常剧烈的应力变化。由于焊缝与母材不能够同步发生变化，这样就会造成局部的应变叠加从而造成焊接变形。所以将焊接变形与焊缝的质量同时进行改善及控制非常重要，这能够在很大的程度上提升焊接的质量，能够使车体的质量得到保证。若在焊接之后仍然无法达到所需要的要求，则可通过采用局部加热后冷却的方法来进行形变的纠正。在进行变形纠正的过程中应尽量缩减时间，这样对铝合金车体质量不会产生较大的影响。
3、焊缝质量的控制方法
3.1 恰当的焊缝和接头设计
焊接形变与焊缝欠缺存在一定的关联，通过分析两者之间的关联可进行焊缝质量的控制。在焊缝位置设计方面应使其满足一定的分布要求，焊缝中心线与焊接构件的结构截面对称分布。通过这样的设计可使焊接过程中产生的膨胀、应力叠加情况减弱，从而使焊缝的裂纹倾向性降低。另外，焊道坡口角度和焊接接头组合的形式会给焊接带来影响。对于大焊缝应该采用单边V、K型的坡口这样能够使焊缝的截面面积减小。在焊接的顺序上采用分层分段进行焊接，这样能够使焊接更加有效。但是需要注意焊接不能够过于集中，此外，根据铝合金的厚度确定焊接的速度。采用合适的焊接装备也很重要。在焊接过程中，焊接热量过高则使焊接产生形变及焊缝开裂，所以采用较低热量输入的焊接设备能够使这些情况得到改善。当前所采用的CMT焊接、搅拌摩擦焊接等都在铝合金车体的焊接中得到应用，这对铝合金焊接非常有益。另外，可通过将焊接位置进行翻转移动，这样能够改善焊缝质量、减少焊接形变。
3.2 合理的焊接工艺
铝合金的焊接容易产生形变的原因与其焊接工艺有着非常密切的联系，通过控制焊接工艺能够进行焊缝的控制以及焊接形变的控制。铝合金外侧的焊接可采用分段退焊，内部采用分段跳焊，这样能够避免焊缝的拉应力叠加，从而使焊缝区变形减小。优化焊接电流及焊接速度，在熔透性、融合性良好的情况下提升焊接的速度，这样就达到了焊缝的质量控制与焊接的变形控制。加强焊接型材组对和装配精度，通过减少接头的贴合间隙，限制焊接熔融金属的填充量也非常有效。在车体结构设计、母材、焊前准备的工作中也要进行注意，其也会对焊缝的质量造成影响。焊接工艺不可一成不变，其需要更具实际情况进行改变，将有利条件进行充分的利用，这样能够达到良好的焊缝质量控制。
3.3 焊缝质量检测
在焊接完成之后进行焊缝质量检测十分重要，这样能够及时发现存在质量问题的焊缝，从而及时进行修复。经常使用的铝合金车体焊缝无损检验方法有外观检测、渗透检测、射线探伤检测以及超声波检测等等。此外还有破坏性拉升等检测方法，这样通过检测能够使焊缝质量得到控制，从而使车体更加安全稳定。
4、结束语
焊接铝合金车体存在一定的难度，这也是铝合金车体焊接容易产生形变及焊缝不好控制的原因。通过对焊接过程中造成变形的原因进行分析，并对焊接形变与焊缝质量关系进行研究，提出了进行控制的方法，这对今后铝合金车体质量的保证有着重要的意义。
参考文献：
[1]高安江，岳亮.工装在轨道车辆铝合金焊接变形控制技术中的应用[J].金属加工（热加工），2018，No.800（05）：29-32.
[2]吴钦，刘标永，仲于进，et al.铝合金危化品运输车隔板总成焊接变形控制方法[J].装备制造技术，2018（1）：138-140.
[3]马思群，张消楠，秦伟，et al.高速列车车体侧墙焊接变形研究[J].低温建筑技术，2018，40（09）：54-57.
论文作者:王大可
论文发表刊物:《基层建设》2019年第16期
论文发表时间:2019/8/26
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