鋁合金城鐵車板梁結構側墻焊接變形控制措施

張力輝

摘要：側墻作為鋁合金車體的重要部件，其尺寸、平面度對車門的安裝及整個車體的外觀有很大的影響，因此，如何控制側墻的尺寸及焊接變形是板梁結構側墻焊接的重點和難點。本公司在北京機場項目中，通過預留收縮量，調整焊接順序，并結合過程監控和調整焊接反變形量等措施較好的控制了側墻的焊接變形，保證了側墻的整體尺寸及平面度。

關鍵詞：鋁合金 ?側墻焊接 ?焊接變形

前言

鋁合金車體目前主要有以下幾種方式：一是板梁結構鋁合金車體;二是型材結構鋁合金車體，三是鋼、鋁混合結構鋁合金車體，其中板梁結構的車體能夠保持車體質量最低，但缺點就是工藝復雜，焊接收縮量、變形量大[1]。

1鋁合金側墻焊接

北京機場側墻就是板梁結構的側墻，根據整體寬度不同，可分為三種型號，最寬的側墻的寬度為6700mm（0，-3），有3個窗口，其余兩種側墻尺寸為2637.5mm（0，+2）、2433mm（0，+2），均有一個窗口。側墻組成由骨架組成、墻板及多種小件組成，其中骨架組成由門立柱、窗立柱、橫梁組成、橫梁、補強梁等6005A-T6型材拼焊完成。墻板由3.2mm厚的5086-H111鋁板機加完成。側墻組成的合成方式是骨架組成與墻板的搭接組焊，在骨架組成中的橫梁型材邊緣機加了多個長橢圓孔，實現骨架組成與墻板的焊接，骨架邊緣與墻板邊緣有5mm尺寸差要求，骨架窗口與墻板窗口邊緣的錯邊量≤1.5mm。

1.1接頭形式、焊接方法及焊接材料

骨架組成的焊接采用3HV型對接接頭及a3角接接頭，側墻組成（即骨架組成與墻板的合成）均為z3的搭接接頭及部分塞焊焊縫，側墻上的安裝板及小件的焊接為3HV型對接接頭及z3的搭接接頭。側墻的焊接選用熔化極惰性氣體保護焊，焊接材料為直徑為1.2mm的ER5087鋁合金焊絲。

2 焊接變形分析

焊接過程是一個不均勻加熱的過程，當焊接內應力達到材料的屈服強度時，就會使局部產生塑性變形，焊接量越大，焊接變形的趨勢就越嚴重。一是骨架組成焊接量大，橫向尺寸收縮。由于骨架組成窗口下端均為型材拼接s3HV焊縫及a3角焊縫，焊接量大，焊接后收縮大于窗口位置，導致骨架焊接后呈扇形（見圖2骨架組成），窗口下端尺寸超出圖紙要求尺寸公差，導致骨架邊緣與墻板邊緣的5mm尺寸公差也不能滿足圖紙要求。側墻合成過程中骨架與墻板合成焊接時，橫梁上有大量的長圓孔，此位置均是需要與墻板搭接焊接的位置（見圖1），導致側墻整體橫向尺寸的收縮。二是側墻撓度超差。安裝梁與骨架的焊接為s3HV焊縫，貫穿整個側墻，且焊縫長度約等于側墻寬度，此工序在工裝下完成，料件均處于自由狀態;安裝板滑槽等小件的焊接均為塞焊及段焊（見圖1）均在工裝上完成，焊后整體撓度超差，且窗下橫梁位置較大，最大位置超差為17mm。

3 焊接變形控制措施

由于整個側墻板長度過程，焊后矯正的難度非常大，為了保證整個側墻的尺寸公差，必須在焊接過程中就嚴格控制上述的各類變形，主要控制措施有以下幾方面：

1、預留收縮量

骨架組對時，在保證根部間隙滿足焊接工藝要求的前提下，窗下的橫梁都增加了1mm工藝方長量，使得窗下橫梁處的組對寬度尺寸大于窗口處寬度尺寸，通過預留收縮量，可以補償因s3HV焊縫引起的橫向收縮變形，彌補焊后窗下橫梁的收縮，從焊后尺寸檢查結果看出，窗下橫梁出尺寸能控制在公差范圍之內。

2、焊接順序調整

骨架的焊接：在骨架組焊工裝上先完成窗口周圍的四條焊縫，再焊接窗口下端橫梁焊縫，由中心橫梁向兩端焊接，紅色箭頭指示位置的焊縫不焊接（見圖2），測量墻板窗口中心距尺寸，與骨架窗口中心距匹配好之后，完成窗口之間橫梁的焊接，將紅色箭頭指示位置用撐子進行支撐，最后完成紅色箭頭指示位置的焊接，此種焊接方式有效的解決了焊后收縮呈扇形的問題。兩端黃色箭頭指示的門立柱與橫梁僅進行點固焊，不進行焊接，骨架下工裝，完成骨架正裝面窗口處的焊縫的焊縫。

合成焊接：將墻板平鋪到合成工裝，將骨架放置到墻板上，以中心窗口位置為基準，調整骨架與墻板的相對位置，由中心向兩端完成塞焊的焊接，最后焊接黃色箭頭指示的門立柱與橫梁的焊接，通過研配橫梁長度，保證墻板與骨架組成相差5mm的尺寸要求。

3、剛性夾緊并預制焊接反變形

安裝梁、槽鋁小件的全部調整到在合成工裝上完成，并在安裝板、滑槽等小件點固好后，在窗口圖示紅色箭頭區域的窗口下端及兩側立柱制作8-15mm的反變形，之后將夾具壓緊。使焊后撓度超差現象有很大改善，僅局部超差，最大為8mm，減小了調修的工作。

4、結論

本文總結了板梁結構側墻焊接過程中能有效控制側墻尺寸、側墻焊接變形的一系列措施，為今后工作中更好的控制產品焊接質量積累了經驗，具體如下：

（1）預留收縮量，可有效的控制橫梁型材間對接接頭的收縮變形。

（2）剛性夾緊并預制焊接反變形，有效限制焊接過程中變形的程度。

（3）調整焊接順序，并將部分焊縫用撐子進行支撐焊接，有效控制了焊接收縮，保證了側墻組成的尺寸要求。

參考文獻：

[1]王炎金 鋁合金車體焊接工藝 [J]機械工業出版社2009.12

[2]李亞江 焊接缺陷分析與對策 [J]化學工業出版社 2013.10