于洪傳 涂勤書 李文化

摘 要：釬焊鋁蜂窩板由于其密度小、強度高、減振降噪等優(yōu)勢，在軌道交通車輛制造行業(yè)應(yīng)用越來越廣泛。由于軌道交通車輛部件一般結(jié)構(gòu)尺寸較大，多數(shù)超出單一鋁蜂窩板的板幅，因此需將多塊鋁蜂窩板拼焊使用。本文提出了三種鋁蜂窩板拼焊接頭，即平對接拼焊接頭、內(nèi)置鋁蜂窩襯墊拼焊接頭、T型鋁蜂窩襯墊拼焊接頭。以規(guī)格為25-2-2-0.2×6的鋁蜂窩板為例，按照相關(guān)標準，通過試驗測試了三種鋁蜂窩板拼焊接頭抗拉強度、抗壓強度、彎曲強度、滾筒剝離強度等機械性能，并與單一鋁蜂窩板進行對比，得出三種拼焊接頭對鋁蜂窩板機械性能的影響，對鋁蜂窩板拼焊設(shè)計給出指導(dǎo)建議。

關(guān)鍵詞：軌道車輛，釬焊鋁蜂窩，拼焊接頭，輕量化，機械強度

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2023.07.036

Research on the Tailor-Welded Joints of Brazed Aluminum Honeycomb for Railway Vehicles

YU Hongchuan TU Qinshu LI Wenhua

（CRRC Qingdao Sifang Co.， Ltd.）

Abstract： With the advantages of low density， high strength， vibration and noise reduction， brazed aluminum honeycomb is more and more widely used in railway vehicles manufacturing. As the railway vehicles part structure size is usually larger than single aluminum honeycomb panel， brazed aluminum honeycomb needs to be tailor-welded. This paper puts forward three tailor-welded joints of brazed aluminum honeycomb， including fl at tailor-welded joints， built-in aluminum honeycomb backing tailor-welded joints， and T-shaped aluminum honeycomb backing tailor-welded joints. Taking the brazed aluminum honeycomb test sample with specifi cation of 25-2-2-0.2×6 as an example， the mechanical properties of these three tailor-welded joints of brazed aluminum honeycomb are tested according to the relevant standards， such as extension strength， compressive strength， fl exural strength， drum peeling strength. It studies the mechanical property effect of three tailor-welded joints， and gives suggestions for the design of aluminum honeycomb tailor-welding.

Keywords： railway vehicles， brazed aluminum honeycomb， tailor-welded joints， lightweight， mechanical strength

0 引 言

釬焊鋁蜂窩板是一種以正六邊形焊接蜂窩芯為芯材，兩面敷鋁合金面板，經(jīng)高溫釬焊焊接在一起的中空復(fù)合結(jié)構(gòu)金屬板材，見圖1。近年來釬焊鋁蜂窩板已在軌道交通車輛內(nèi)裝墻板、內(nèi)裝地板等部位應(yīng)用，隨著技術(shù)的進步，釬焊鋁蜂窩板的制造、加工、成型、焊接等工藝愈加成熟，應(yīng)用范圍逐漸擴展至鋁合金車體地板、端墻等非主要承載部件中。

由于軌道交通車輛部件一般結(jié)構(gòu)尺寸較大，多數(shù)超出單一鋁蜂窩板的板幅，因此需將多塊鋁蜂窩板拼接使用，鋁蜂窩拼接有很多方法，本文提出三種焊接拼接的方案。

1 鋁蜂窩拼焊接頭

1.1 平對接拼焊

蜂窩板1與蜂窩板2平對接，上下面板開坡口進行焊接，如圖2所示。

此方案結(jié)構(gòu)簡單，適合平整的鋁蜂窩板拼接，可用機械手焊接，工藝方法成熟，對于面板厚度較薄的鋁蜂窩，能夠保證焊接質(zhì)量。但拼焊位置無襯墊，對于面板較厚的鋁蜂窩，存在面板熔不透或焊縫背部成型質(zhì)量不良的問題。

1.2 內(nèi)置鋁蜂窩襯墊拼焊

蜂窩板1與蜂窩板2對接，上下面板開坡口進行焊接，拼焊位置去除蜂窩芯，內(nèi)部置入厚度適當(dāng)?shù)匿X蜂窩板作為焊接襯墊，如圖3所示。

此方案相對于平對接增加了內(nèi)部襯墊，可以保證任意厚度外板的鋁蜂窩焊接質(zhì)量，拼焊后上下面板均為平面。但拼焊位置去除蜂窩芯，且內(nèi)置襯墊與蜂窩板無連接，僅通過上下面板傳遞載荷，機械性能下降。

1.3 T型鋁蜂窩襯墊拼焊

蜂窩板1與蜂窩板2一面為平對接焊，另一面增加T型鋁蜂窩襯墊，襯墊與蜂窩板進行搭接焊，如圖4所示。

此方案既設(shè)置了襯墊，工藝性較好，有效保證對接焊焊縫質(zhì)量，又實現(xiàn)了蜂窩板1、蜂窩板2、鋁蜂窩襯墊兩兩連接，機械性能較好。但僅對接焊一面為平面，另一面為搭接面。

2 機械性能研究

釬焊鋁蜂窩板是蜂窩芯與蜂窩芯、蜂窩芯與面板均為釬焊連接，釬焊過程中母材不熔化，避免了熔焊過程中的晶粒長大、溶蝕等問題。鋁蜂窩板在承受拉伸、壓縮、彎曲載荷時由面板、蜂窩芯及釬焊節(jié)點整體承載，剝離時主要考核釬焊節(jié)點強度[1]。

2.1 試驗

為研究不同接頭拼焊后對鋁蜂窩板性能影響，分別對4種結(jié)構(gòu)（單一鋁蜂窩板及三種接頭拼焊后鋁蜂窩）抗拉強度、抗壓強度、彎曲強度、滾筒剝離強度進行試驗[2]。試驗樣件規(guī)格見表1。

2.1.1 抗拉強度試驗

試驗依據(jù)GB/T 1452-2018《夾層結(jié)構(gòu)平拉強度試驗方法》[3]，每種結(jié)構(gòu)分別制作5個60mm×60 mm正方形試驗樣件，利用UTM5105X萬能試驗機加載，加載速率為2mm/min。

將樣件組裝在拉伸夾具下，然后將拉伸夾具拉桿裝在試驗機上夾頭中，注意對中，調(diào)整試驗機零點，再將拉伸夾具的下拉桿安裝在試驗機的下夾頭中，均勻連續(xù)加載直至破壞，讀取破壞載荷，試驗照片見圖5，試驗結(jié)果為5個樣件結(jié)果的平均值。

2.1.2 抗壓強度試驗

試驗依據(jù)GB/T 1453-2005《夾層結(jié)構(gòu)或芯子平壓性能試驗方法》[4]，每種結(jié)構(gòu)分別制作5個60mm×60mm正方形試驗樣件，利用UTM5105X萬能試驗機加載，加載速率為2mm/min。

將樣件組裝在試驗機上下墊塊之間，注意對中，調(diào)整試驗機零點，調(diào)整試驗機使上墊塊與試驗機上壓頭平面平行，均勻連續(xù)加載直至破壞，讀取破壞載荷，試驗照片見圖6，試驗結(jié)果為5個樣件結(jié)果的平均值。

2.1.3 彎曲強度試驗

試驗依據(jù)GB/T 1456-2005《夾層結(jié)構(gòu)彎曲性能試驗方法》[5]，每種結(jié)構(gòu)分別制作5個600 mm×60 mm試驗樣件，利用WDW-10T萬能試驗機加載，試驗跨距為400 mm，加載速率為5 mm/min。

按照選定的跨距調(diào)整試驗機，將樣件安裝在彎曲試驗支座上，加上加載壓頭，并在壓頭與樣件之間墊上一塊硬質(zhì)橡膠墊片，調(diào)整試驗機零點，均勻連續(xù)加載直至破壞，讀取破壞載荷，試驗照片見圖7，試驗結(jié)果為5個樣件結(jié)果的平均值。

2.1.4 滾筒剝離強度試驗

試驗依據(jù)GB/T 1457-2005《夾層結(jié)構(gòu)滾筒剝離強度試驗方法》[6]，每種結(jié)構(gòu)分別制作5個300 mm×60 mm試驗樣件，利用WDW-10T萬能試驗機加載，加載速率為20 mm/min。

將試樣被剝離面板的一頭加入滾筒夾具上，使試驗軸線與滾筒軸線垂直，另一頭裝在夾具中，然后將上夾具與試驗機相連，調(diào)整試驗機載荷零點，再將下夾具與試驗機連接。按規(guī)定的記載速度進行試驗，試樣被剝離到150 mm～180 mm時，便卸載，使?jié)L筒回到未剝離前的初始位置，記錄載荷-剝離曲線及抗力載荷，試驗照片見圖8，試驗結(jié)果為5個樣件結(jié)果的平均值。

式中：為滾筒剝離強度，；為平均剝離載荷，N；為抗力載荷，N；為滾筒凸緣直徑，mm；為滾筒直徑，mm；為試樣寬度，mm。

2.2 試驗結(jié)果

4種結(jié)構(gòu)機械性能試驗結(jié)果見表2及圖9。由試驗結(jié)果可知，相比于單一鋁蜂窩板，平對接拼焊方案抗拉強度、抗壓強度均降低約17%，彎曲強度、滾筒剝離強度基本不變；內(nèi)置鋁蜂窩襯墊拼焊方案抗拉強度降低約34%，抗壓強度降低約32%，彎曲強度降低約20%，彎曲強度降低約7%；T型鋁蜂窩襯墊拼焊方案抗拉強度、抗壓強度均降低約23%，彎曲強度降低約10%，彎曲強度降低約6%。

3 結(jié) 論

平對接拼焊方案機械強度下降較低，但需考慮焊接工藝性；內(nèi)置蜂窩襯墊連接方案焊接工藝性好，但機械性能降低明顯，適合在結(jié)構(gòu)強度要求不高且上下面板均需平整時使用；T型蜂窩襯墊連接方案機械性能較平對接拼焊方案有所降低，但工藝性較好，適合在有一定結(jié)構(gòu)強度要求位置使用，但拼焊位置一面有搭接接頭，設(shè)計時需考慮。

參考文獻

[1]齊書梅.中溫自反應(yīng)釬焊鋁蜂窩板的工藝與性能研究[D].天津：天津大學(xué)，2016.

[2]李小強，肖晴，李力，等.Al-Si-Cu-Zn釬料釬焊3003鋁合金的接頭組織及力學(xué)性能[J].材料工程，2016，44（9）：32-37.

[3]全國纖維增強塑料標準化技術(shù)委員會.夾層結(jié)構(gòu)平拉強度試驗方法： GB/T 1452-2018[S]. 北京： 中國標準出版社， 2018.

[4]全國纖維增強塑料標準化技術(shù)委員會.夾層結(jié)構(gòu)或芯子平壓性能試驗方法： GB/T 1453-2005[S]. 北京： 中國標準出版社， 2005.

[5]全國纖維增強塑料標準化技術(shù)委員會.夾層結(jié)構(gòu)彎曲性能試驗方法： GB/T 1456-2005[S]. 北京： 中國標準出版社， 2005.

[6]全國纖維增強塑料標準化技術(shù)委員會.夾層結(jié)構(gòu)滾筒剝離強度試驗方法： GB/T 1457-2005[S]. 北京： 中國標準出版社， 2005.

作者簡介

于洪傳，碩士研究生，工程師，研究方向為機械工程及自動化。

（責(zé)任編輯：袁文靜）