蘇一增購(gòu)線車(chē)頂自動(dòng)焊組焊工藝及質(zhì)量控制

李文娟 李龍飛 王亞婷

摘 要：蘇州一號(hào)增購(gòu)項(xiàng)目（簡(jiǎn)稱蘇一增購(gòu)線）車(chē)體為鋁合金B(yǎng)型梯型地鐵車(chē)輛，車(chē)頂結(jié)構(gòu)與B型鼓型項(xiàng)目不同，車(chē)頂首次采用圓頂模塊與邊梁自動(dòng)焊焊接工藝。由于鋁合金焊接變形量較大，生產(chǎn)中出現(xiàn)車(chē)體車(chē)頂尺寸超差等問(wèn)題。文章通過(guò)對(duì)車(chē)頂自動(dòng)焊組焊工藝分析，提出了預(yù)制反變形、采用剛性固定及優(yōu)化工藝參數(shù)等措施，有效的解決了車(chē)頂尺寸超差問(wèn)題，保證了蘇一增購(gòu)線車(chē)頂?shù)暮附淤|(zhì)量。

關(guān)鍵詞：蘇一增購(gòu)線車(chē)頂、自動(dòng)焊組焊工藝、反變形、焊接質(zhì)量

中圖分類號(hào)：TG47 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2016）11-0019-02

1 概 述

隨著我國(guó)城市化進(jìn)程加快，“十二五”期間我國(guó)城市軌道交通仍保持快速發(fā)展。快捷便利的地鐵交通工具已成為大型城市交通的主流，而這也大促進(jìn)了地鐵車(chē)輛制造業(yè)的發(fā)展。城軌車(chē)輛采用大斷面、高強(qiáng)度、輕量化鋁合金型材整體焊接制造，具有編組靈活，承載能力強(qiáng)，發(fā)車(chē)密度高等特點(diǎn)，是綠色環(huán)保城市大運(yùn)量交通利器，是鐵路建設(shè)的主要選型目標(biāo)。

目前，地鐵車(chē)輛設(shè)計(jì)種類繁多，有A型鋁合金地鐵車(chē)輛、B型鋁合金車(chē)輛等，制造工藝也各不相同。其中蘇一增購(gòu)線車(chē)體為全焊接鋁合金B(yǎng)型梯型地鐵車(chē)輛，與全焊接鋁合金B(yǎng)型鼓型車(chē)結(jié)構(gòu)有所區(qū)別，加之項(xiàng)目生產(chǎn)周期間隔已久且車(chē)頂自動(dòng)焊工裝經(jīng)過(guò)重新改造，在項(xiàng)目試制過(guò)程中，出現(xiàn)車(chē)頂圓頂高度、寬度、輪廓度等尺寸超差等問(wèn)題。

本文通過(guò)對(duì)蘇一增購(gòu)線B型車(chē)地鐵車(chē)頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)特點(diǎn)、焊接工藝進(jìn)行分析，解決了車(chē)頂尺寸超差問(wèn)題，保證了后續(xù)車(chē)輛車(chē)頂?shù)暮附淤|(zhì)量。

2 蘇一增購(gòu)項(xiàng)目車(chē)頂組成結(jié)構(gòu)

蘇州一號(hào)線車(chē)體主要結(jié)構(gòu)采用大型鋁合金中空擠壓型材焊接組成，主要長(zhǎng)大焊縫采用自動(dòng)焊。蘇州1號(hào)線地鐵Tc車(chē)車(chē)頂結(jié)構(gòu)，主要由2根邊梁、1個(gè)圓頂模塊和吊掛壁及其他相關(guān)零件組焊而成。

其中，圓頂模塊由四塊圓頂板自動(dòng)焊焊接完成，再與車(chē)頂邊梁自動(dòng)焊焊接，因其圓頂模塊與車(chē)頂邊梁剛性相差較大，焊接變形量大，因此控制其焊接變形是難點(diǎn)。

3 車(chē)頂自動(dòng)焊組焊工藝分析

3.1 車(chē)頂自動(dòng)焊工藝流程

3.1.1 圓頂模塊組焊工藝

型材反裝組焊→反面段焊反面滿焊→圓頂翻轉(zhuǎn)→圓頂正裝定位夾緊及段焊→圓頂正面滿焊→圓頂尺寸檢測(cè)。

3.1.2 圓頂與邊梁組焊工藝

組裝車(chē)頂邊梁→圓頂組裝→邊梁與圓頂正面滿焊→邊梁與圓頂反面滿焊。

由于鋁合金散熱迅速，焊接收縮一般是焊接變形的主要原因。選擇合理的焊接工藝，可以有效的控制焊接變形，將變形減至最小。圓頂采用先反裝后正裝，且在工裝正裝預(yù)制反變形。圓頂反裝焊接時(shí)，先對(duì)中間焊縫焊接，后焊接兩側(cè)兩道焊縫，以獲得預(yù)制焊接拱形。正面滿焊時(shí)，焊接順序?yàn)橄群竷蓚?cè)兩道焊縫，再焊中間位置焊縫，以避免收縮擴(kuò)大坡口間隙和抑制波浪變形等。

3.2 車(chē)頂自動(dòng)焊焊接工藝

3.2.1 車(chē)頂自動(dòng)焊焊接結(jié)構(gòu)

圓頂結(jié)構(gòu)由4塊11 m左右，材料為6005A鋁合金圓頂板型材對(duì)接拼焊而成，焊接方法為MIG焊，保護(hù)氣體為99.999%高純氬，焊接材料為φ1.2 mm、ER5356[AlMg5]。接頭形式是V型 70 °，鈍邊為1 mm，帶永久性墊板。

3.2.2 車(chē)頂自動(dòng)焊焊接規(guī)范

根據(jù)前期工藝評(píng)定制定的焊接參數(shù)，見(jiàn)表1、表2。

4 車(chē)頂自動(dòng)焊焊接變形分析及控制

4.1 車(chē)頂自動(dòng)焊焊接變形分析

鋁合金車(chē)體圓頂焊接時(shí)需要多次焊接，其橫向變形存在多次累加效應(yīng)，因此，控制橫向變形是難點(diǎn)。大部件圓頂焊接時(shí)，盡管在剛性固定和工裝壓緊條件下，能夠獲得一定的預(yù)變形，但是該變形屬于彈性和塑性變形的混合體，因此，一旦松開(kāi)夾具的固定工裝，此前預(yù)變形會(huì)發(fā)生反彈，因而需要預(yù)留一定的反變形量[1]。

根據(jù)蘇州一號(hào)線增購(gòu)首列車(chē)圓頂試制結(jié)果來(lái)看，車(chē)頂內(nèi)高尺寸普遍超差，最大達(dá)7 mm，且車(chē)頂圓頂高度超差直接影響到車(chē)頂組裝車(chē)頂?shù)鯍毂冢?chē)頂寬度等尺寸。在蘇州1號(hào)增購(gòu)線0102車(chē)圓頂試制時(shí)，對(duì)工裝圓頂正裝反變形量焊接增加至8 mm，并按照文件進(jìn)行焊接，焊接后車(chē)頂內(nèi)高偏小約6 mm。

4.2 焊接變形控制措施

4.2.1 預(yù)加合適的反變形

通常控制焊接變形的方法有焊前預(yù)變形及焊后矯正。前一種方法更主動(dòng)和有效。鋁合金車(chē)體的縱向焊接變形往往通過(guò)機(jī)械拉伸和加熱預(yù)拉伸兩種凡是得到，而橫向焊接變形往往需要借助壓鐵、真空吸盤(pán)和大剛度卡具等才能實(shí)現(xiàn)。根據(jù)0102車(chē)預(yù)加8 mm反變形后，尺寸仍不滿足的情況，繼續(xù)調(diào)整圓頂反變形，尋求合適的反變形量。根據(jù)對(duì)蘇州1號(hào)線增購(gòu)線第1、2列圓頂數(shù)據(jù)的跟蹤，焊前預(yù)制反變形量在24 mm時(shí)，圓頂內(nèi)高尺寸能夠滿足工藝文件（567～574） mm要求。

4.2.2 采用剛性固定法

蘇州1號(hào)線車(chē)頂由4塊圓頂板模塊插接而成，依靠3條對(duì)接焊縫連接，焊接過(guò)程中變形主要來(lái)自于與對(duì)接焊縫相垂直的橫向收縮，圓頂結(jié)構(gòu)與邊梁采用搭接形式。對(duì)圓頂板進(jìn)行剛性固定焊接。反裝組焊工裝一端是死定位端，一端是橫向氣動(dòng)夾緊裝置，可保證圓頂對(duì)接焊縫的焊接間隙控制在0～1 mm范圍內(nèi)。

此外，工裝兩側(cè)的長(zhǎng)壓臂在內(nèi)側(cè)，短壓臂在外側(cè)，用定位銷(xiāo)將壓臂固定，以此來(lái)控制圓頂與邊梁的搭接焊縫間隙，通過(guò)剛性固定法來(lái)限制焊件變形。

4.2.3 優(yōu)化焊接參數(shù)

焊接工藝參數(shù)中的焊接電流及焊接速度直接影響焊接線能量的大小，最終控制著焊接變形的產(chǎn)生，制定合理的焊接工藝參數(shù)可以很大程度上減少焊接變形量[2]。通過(guò)將圓頂板焊接電流由220 A，電壓23.0 V調(diào)整為由180 A，電壓20.4 V；將圓頂與邊梁焊接電流由135 A，電壓18.0 V調(diào)整為由180 A，電壓21.0 V，能更好的保證車(chē)頂焊接質(zhì)量，減少焊接變形。

5 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)分析蘇州一號(hào)增購(gòu)線車(chē)頂?shù)慕M焊工藝，結(jié)合其試制中產(chǎn)生尺寸超差等問(wèn)題，提出了相應(yīng)的工藝措施和解決方法，采用優(yōu)化焊接工藝參數(shù)、調(diào)整焊槍角度、預(yù)制反變形措施，有效的控制了車(chē)頂自動(dòng)焊焊接變形量，保證車(chē)頂圓頂?shù)暮附淤|(zhì)量，為后續(xù)生產(chǎn)提供了借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉志平，胡文浩，劉春寧.高速動(dòng)車(chē)組鋁合金車(chē)體自動(dòng)焊接工藝研究[J].

熱加工工藝，2012，（7）.

[2] 周萬(wàn)盛，姚君山.鋁及鋁合金的焊接[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.