對軌道車輛生產中鋁板折彎裂紋缺陷的研究

李 帥 張靜靜 阮小丹 曾要爭 胡基貴

(中車南京浦鎮車輛有限公司 江蘇 南京 210031)

鋁為地殼中含量最多的金屬元素，因其具有密度低、強度適中、加工性能好等一系列優點被廣泛應用于包裝、建筑、交通運輸等行業。鋁合金已成為軌道交通行業中不可或缺的一部分[1]，但在實際生產過程中發現鋁合金存在各種缺陷[2]。鋁合金折彎時出現裂紋時有發生，目前也有很多關于對此種缺陷的研究[3-4]。下面以某地鐵線車輛補強板來料出現裂紋為例，研究分析了造成鋁合金板材折彎缺陷的原因，及相應的處理和預防措施。

1 原因分析

某地鐵車輛底架生產過程中發現與車鉤橫梁、底架邊梁連接的補強板來料出現裂紋，裂紋位于補強板折彎圓弧部位斷面、平行于板厚方向，長度5 mm～30 mm不等(見圖1)。

圖1 裂紋示意

對裂紋深度進行檢測，連續對多個補強板裂紋往深度方向進行打磨，深度在1 mm～8 mm之間。

(1)經第三方檢驗機構對補強板裂紋斷口進行檢驗，母材金相組織無異常，未見夾渣等缺陷，故排除組織缺陷因素。

(2)板材機械性能檢測結果如表1所示， 板材各關鍵性能指標均滿足標準要求，但板材屈服強度比較大，即變形屈服后很容易發生開裂。

表1 板材機械性能結果

(3)補強板為非對稱結構，在折彎過程中圓弧斷面發生不均勻的形變，出現剪切力，導致晶界滑移(中性層上部往外變形，中性層下部往里變形)出現開裂(見圖2)。

圖2 整改前折彎示意圖

2 處理措施

2.1 對于某地鐵車輛在制底架

(1)切除問題補強板：將發現裂紋的補強板使用角磨機全部切除，切除時禁止一切到底(預留2 mm以上)，避免傷及母材。

(2)PT探傷切割部位：使用拋光片將殘余焊縫金屬打磨拋光，并對切割區域進行PT檢測，確保無裂紋。

(3)補強板來料檢查：車體車間對補強板折彎圓弧斷面處進行PT檢測，確保無裂紋。

(4)重新焊接新的補強板：按照原工藝重新安裝焊接經確認無裂紋的補強板。

(5)焊后PT檢測：焊接完成后對補強板折彎圓弧斷面處再次進行PT檢測，確保無裂紋。

2.2 對于已經完成車體總成的車輛

經多次打磨檢測，確定裂紋深度未超過10 mm，經動車設計部進行強度計算評估，使用打磨去除裂紋的方法，在裂紋去除后打磨深度不超過10 mm，將補強板斷面打磨成與原有輪廓平行，能滿足設計強度要求。故采用打磨去除的方法對已焊接上車的補強板裂紋進行處理，具體措施如下：

(1)PT檢測、確定位置：對存在裂紋的位置，進行PT檢測，確定裂紋的準確位置及范圍。

(2)去除裂紋：使用直磨機沿板寬方向清除裂紋，直至裂紋完全消失，打磨推進深度不允許大于10 mm。

(3)PT檢測確認：再次對打磨部位及周邊進行PT檢測，確保裂紋完全清除。

(4)補強板輪廓修磨：使用打磨畫線樣板沿打磨最深處邊緣畫線，根據畫線標記打磨周邊母材，確保打磨后外輪廓與原有輪廓平行，順滑無毛刺。

(5)針對已完成油漆的車體，由于打磨造成油漆損壞的，對該區域進行補漆處理。

注意：打磨前需進行打磨工作試件練習，得到技術部工程師認可后方可上車打磨。

2.3 其他處理方法

通過熱處理來控制鋁板特性，鋁板6082在T6狀態時，硬度高且不易變形，故可以在T4狀態下進行折彎，T4狀態相比T6狀態材料硬度較低，且可塑性較高，待折彎成型后再通過熱處理變為T6狀態，但該方法存在局限性，傳統的鋁板來料狀態統一，一般加工工廠沒有鋁合金熱處理工藝，鋁合金熱處理工藝在型材廠家才具備，故要完成上述工作，該零件需要由型材廠家生產。

3 預防措施

(1)調整補強板生產工藝，補強板出現裂紋的斜邊一側多余金屬(深度15 mm)在下料時先不去除，待折彎后再將多余部分加工去除(見圖3)。

圖3 整改后折彎示意圖

(2)增加探傷要求、加強質量管控：①對補強板發貨前、來料后、焊接后增加PT探傷要求；②質量部門加強后續來料質量管控。

4 結論

鋁合金板材在折彎時，應注意以下幾點：

(1)盡量要沿著板材的紋理方向折彎；

(2)若折彎板材需要機加工，且機加工方向與折彎方向有角度時，盡量先折彎再機加工；

(3)對鋁合金板材的來料進行控制，避免材料的屈服強度過高；

(4)若條件許可，建議鋁合金板材在T4狀態下進行折彎，再通過熱處理達到T6狀態。