高速動(dòng)車組車體地板組焊工藝研究

崔曉亮 張?jiān)屏? 田富范

摘要：以 CRH3型高速動(dòng)車組為例，介紹了其鋁合金車體地板結(jié)構(gòu)，探討了鋁合金地板的組焊工藝。采集地板MIG 自動(dòng)焊的變形數(shù)據(jù)，分析了地板橫向收縮及變形量。

關(guān)鍵詞：高速動(dòng)車組;鋁合金車體地板;組焊工藝

引言：由于鋁合金的質(zhì)量輕、耐腐蝕、可再生利用等優(yōu)點(diǎn)，鋁合金車體在高速動(dòng)車組車體制造上具有碳鋼、不銹鋼等材料不可替代的地位。而作為承載車上部件、懸掛車下部件的地板，對(duì)其強(qiáng)度及平面度提出了很高的要求。現(xiàn)以 CRH3型動(dòng)車組車體地板為例，對(duì)鋁合金車體地板組焊制造工藝進(jìn)行介紹。

一、地板組焊工藝分析

（一）地板自動(dòng)焊工藝

為保證地板的焊縫強(qiáng)度及平面度要求，需要對(duì)焊縫缺陷及變形進(jìn)行控制。

地板采用 MIG 自動(dòng)焊，容易出現(xiàn)一些典型的焊縫缺陷問題。針對(duì)這些問題，進(jìn)行原因分析，并制定解決措施。

由于傳統(tǒng)的鋁合金焊接工藝散熱迅速，焊接收縮一般，這是鋁合金焊接工藝發(fā)生變形的主要原因。通過選擇合理的焊接工藝，可以有效的減少和控制焊接變形，將對(duì)變形的影響減至最小。地板先反裝后正裝，且在工裝正裝的位置進(jìn)行預(yù)制反變形;單面的焊縫都從地板的中心向外延伸進(jìn)行焊接;為平衡焊接收縮，中間的反變形焊縫先進(jìn)行雙絲焊，兩側(cè)的對(duì)稱反變形焊縫均同時(shí)進(jìn)行反變形焊接（此為雙絲焊的最大優(yōu)勢(shì)之一）。

（二）地板組焊工藝

地板的組裝焊接工藝流程為：地板型材清洗、打磨→型材裝配→地板焊接→檢測(cè)、調(diào)修。

1.地板型材清洗、打磨：用 D40對(duì)地板型材進(jìn)行清洗，清洗寬度為焊縫區(qū)域及兩側(cè)各30 mm 范圍;如果還存在污物，則使用風(fēng)動(dòng)打磨工具將污物處理干凈。此工序主要是為控制焊縫氣孔缺陷。

2.依次裝配鋁合金地板型材的裝配：按照?qǐng)D紙依次進(jìn)行裝配各種地板鋁合金型材;按照?qǐng)D紙調(diào)整點(diǎn)固點(diǎn)與焊縫的間隙及錯(cuò)邊量后進(jìn)行依次點(diǎn)固（點(diǎn)固點(diǎn)以反裝面點(diǎn)固為主，正裝面適當(dāng)點(diǎn)固幾點(diǎn)焊縫即可）;將點(diǎn)固點(diǎn)與焊縫磨平后，對(duì)點(diǎn)焊位置進(jìn)行刨溝;用旋轉(zhuǎn)銼對(duì)所有起、收弧點(diǎn)焊縫進(jìn)行一次性的清理，使之圓滑地過渡至沒有明顯的起、收弧缺陷。點(diǎn)固的過程中，如果發(fā)現(xiàn)焊縫間隙不能完全滿足合金地板焊接的要求（一般錯(cuò)邊量控制在0.5～1mm），可以通過焊接機(jī)械的方式進(jìn)行點(diǎn)固點(diǎn)的調(diào)整;間隙及錯(cuò)邊量不能完全保證滿足焊接機(jī)械要求的（一般錯(cuò)邊量要求0.8mm），可以通過錘擊、增加點(diǎn)固點(diǎn)、配重配合點(diǎn)固等多種方式進(jìn)行點(diǎn)固點(diǎn)的調(diào)整。

3.地板的焊接：按照先反裝后正裝的組裝焊接順序依次進(jìn)行地板焊接。每個(gè)蓋面的5道焊縫，按照先中間后兩側(cè)的焊接順序依次進(jìn)行地板焊接。鑒于地板的雙絲比單絲焊接的自動(dòng)焊絲熔化過程效率高約1倍，地板的組焊方法采用了雙絲焊接的mig自動(dòng)焊。在地板的焊接和熔敷過程中，兩根自動(dòng)焊絲以一定的角度前后自動(dòng)排列，前絲自動(dòng)焊接的電流較大，以便于形成較大的熔深，后絲焊接電流較小，起到了填充整個(gè)蓋面的作用;兩根自動(dòng)焊絲可以充分利用兩個(gè)電弧的能量互為作用進(jìn)行加熱，大大提高了熔敷率，使得熔池里有充足的氣體和熔融金屬與地板的母材充分進(jìn)行熔融融合，因此地板焊縫的成形美觀。采用一前一后兩個(gè)自動(dòng)電弧，大大地加長(zhǎng)了整個(gè)熔池的長(zhǎng)度和尺寸，熔池中的氣體熔融金屬有充足的能量和時(shí)間從熔池中析出，氣孔的傾向極低。這種采用雙絲焊接地板的方法雖然焊接電流大，但由于焊接的速度很快，因此熱輸入量反而少，焊接材料變形也很小。與其他采用雙絲焊接地板的技術(shù)方法相比，熔敷速度快、焊接過程效率高、焊接材料質(zhì)量好、飛濺少。

4.檢測(cè)、調(diào)修：使用樣板檢測(cè)地板平面度并作記錄;根據(jù)所測(cè)的平面度情況，確定需要調(diào)修的焊縫和調(diào)修溫度。調(diào)修結(jié)果要求中間焊縫處平面度為-5～+2 mm，次外側(cè)焊縫處平面度為-4～+2 mm，最外側(cè)焊縫處平面度為-2～+1 mm。

利用熱脹冷縮的力學(xué)原理，使用集中性火焰進(jìn)行調(diào)修（流程見圖4），調(diào)修時(shí)應(yīng)隨時(shí)使用位置加熱測(cè)溫筆進(jìn)行焊縫溫度的測(cè)量。母材焊縫位置的加熱溫度應(yīng)該是采用一種集中性的火焰，快速地加熱母材焊縫，焊縫位置加熱越快、溫度越高，焊接的變形程度調(diào)修量越明顯，加熱焊縫溫度的調(diào)修量控制以不直接損傷母材焊縫為止（一般焊縫溫度控制在200℃以下）。

二、地板焊接橫向收縮及變形分析

（一）地板焊接橫向收縮分析

隨機(jī)采集3組地板組焊前后的寬度尺寸，列于表2。可見，地板橫向收縮量在2 mm 左右。據(jù)此，可以根據(jù)所需地板寬度調(diào)整焊縫間隙。

（二）焊接工藝

1.焊工：該補(bǔ)漏施焊工位主要有橫焊和立焊，為確保焊接質(zhì)量，要求由具有相應(yīng)工位的持證焊工施焊。

2.在接焊前的日常清理：無縫焊接補(bǔ)板部位存在壁板及焊接補(bǔ)板上的大量金屬氣孔油污、鐵銹等如果不及時(shí)進(jìn)行清理，焊接補(bǔ)板過程進(jìn)行時(shí)會(huì)容易直接產(chǎn)生存在金屬上的氣孔、夾渣等金屬雜質(zhì)從而造成無縫焊接補(bǔ)板部位的金屬缺陷，所以，焊接前我們應(yīng)及時(shí)進(jìn)行打磨它并清除存在壁板及焊接補(bǔ)板上在焊縫焊接部位20mm以上厚度毫米范圍內(nèi)的大量金屬氣孔油污、鐵銹等產(chǎn)生金屬氣孔雜質(zhì)，直至其表露出新的金屬光澤。

3.焊接方法：根據(jù)施工單位的人員及設(shè)備情況，針對(duì)該煤氣柜的材質(zhì)現(xiàn)狀，決定采用手工電弧焊方法進(jìn)行焊接。此方法工藝成熟、成本低、操作靈活，適合補(bǔ)板的短焊縫焊接。

三、防護(hù)措施

（一）安全可靠用電

電焊發(fā)動(dòng)機(jī)殼內(nèi)部應(yīng)嚴(yán)格保證內(nèi)部接地良好，初、次級(jí)使用電焊發(fā)動(dòng)機(jī)的連接線圈與各個(gè)零部件及各個(gè)金屬外殼必須保證是完全絕緣良好，各個(gè)零部件的連接頭必須正確安裝位置緊固可靠，絕緣線必須安全無任何破損或有漏電，使用的漏電絕緣線工作電壓不許不得超過36v。焊工操作人員接到要求必須隨身穿著無絕緣的焊工制服和絕緣膠鞋方可直接乘車進(jìn)入使用電焊機(jī)的施工現(xiàn)場(chǎng)。

（二）防毒

焊工施焊時(shí)，距離泄漏處很近，為防止煤氣中毒，所以施焊時(shí)必須戴防毒面具。

（三）防火

焊接時(shí)，要注意遠(yuǎn)離易燃易爆的物品;同時(shí)，由于煤氣易燃，施焊過程時(shí)會(huì)不斷地有較大的火焰從焊縫處噴出，所以，焊工還要注意配戴防火的手套。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，隨著我國(guó)鐵路以及軌道交通的高速發(fā)展，鋁合金的車輛會(huì)越來越多的運(yùn)用到鐵路運(yùn)輸事業(yè)中以及城市軌道交通事業(yè)中，然而由于個(gè)人所學(xué)知識(shí)以及經(jīng)驗(yàn)的局限性，應(yīng)用效果與預(yù)期應(yīng)用目標(biāo)之間始終存在一定差距，故為確保施工工藝的有效落實(shí)，是現(xiàn)階段推動(dòng)產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要戰(zhàn)略基礎(chǔ)。

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