唐山軌道客車有限責(zé)任公司（河北 063035）鄒俠銘 陳進(jìn)才 高繼勝

鋁合金材料具有密度低、耐腐蝕性好、強(qiáng)度高和易加工等特點(diǎn)，在軌道車輛鋁合金車體生產(chǎn)中獲得了廣泛應(yīng)用。由于鋁合金材料諸多優(yōu)點(diǎn)，所以在高速動(dòng)車組裙板組成中采用鋁合金型材焊接結(jié)構(gòu)。在鋁合金裙板組成制造過程中，出現(xiàn)弧度焊接變形量大、尺寸不易控制的問題。裙板組成是高速動(dòng)車組車下設(shè)備艙的關(guān)鍵部件，其焊接與焊縫質(zhì)量對(duì)高速動(dòng)車組的運(yùn)行安全性、可靠性有重要影響。

本文對(duì)高速動(dòng)車組鋁合金裙板組成焊接工藝進(jìn)行了分析，提出了解決裙板組成鋁合金型材結(jié)構(gòu)焊接變形控制方法。

1.裙板組成結(jié)構(gòu)分析

高速動(dòng)車組裙板主要由鋁合金型材焊接組成，鋁合金型材為3mm壁厚6005A－T6擠壓中空鋁合金型材。裙板結(jié)構(gòu)如圖1所示。從裙板組成結(jié)構(gòu)可以看出，焊接質(zhì)量是影響動(dòng)車組裙板組成結(jié)構(gòu)尺寸的關(guān)鍵，因此如何保證鋁合金裙板組成焊接質(zhì)量，滿足高速動(dòng)車組鋁合金裙板組成的整體強(qiáng)度和弧度尺寸要求是工藝質(zhì)量控制的關(guān)鍵。

圖1 裙板組成結(jié)構(gòu)

2.裙板組成焊接工藝分析

（1）焊接工藝流程 根據(jù)裙板組成裝配尺寸技術(shù)要求，在裝配上、下裙板型材時(shí)，以上、下裙板型材兩外側(cè)端和內(nèi)曲面為裝配基準(zhǔn)。裙板組成焊接夾具設(shè)計(jì)上，為保證裙板組成裝配中心線位置尺寸與焊接專機(jī)運(yùn)行軌跡一致，焊接夾具定位裝置沿兩側(cè)縱向設(shè)置，壓緊裝置以兩側(cè)基準(zhǔn)為軸可翻轉(zhuǎn)固定組件。裙板組成焊接夾具通過變位機(jī)旋轉(zhuǎn)工位，完成裙板組成正反焊縫焊接，其優(yōu)點(diǎn)為裙板組成焊接反面焊縫不用拆裝二次定位，從而保證了裙板組成焊接過程的定位準(zhǔn)確。

在裙板組成焊接工藝流程中，首先采用正裝定位、壓夾焊接工藝，解決上、下裙板型材插接裝配誤差過大與焊縫錯(cuò)邊的問題。在裝配上、下裙板時(shí)，需要進(jìn)行調(diào)整型材插接錯(cuò)邊與焊接夾具中心線偏差，使裝配后組件尺寸、弧度符合技術(shù)要求。對(duì)裝配組件焊縫進(jìn)行段焊點(diǎn)固，檢測(cè)焊縫間隙尺寸符合焊接工藝要求，進(jìn)行上、下裙板組成焊縫焊接。焊接后對(duì)裙板組成進(jìn)行檢測(cè)和工藝調(diào)修。根據(jù)裙板組成焊接工藝特點(diǎn)，制定焊接工藝流程：裝配裙板型材并定位夾緊→焊接裙板型材焊縫→檢測(cè)裙板組成焊后尺寸→打磨裙板組成焊縫→檢測(cè)調(diào)修裙板組成弧度→焊縫PT檢測(cè)。

（2）焊接變形及控制措施 鋁合金裙板組成焊接后，使用檢測(cè)樣板對(duì)裙板弧度進(jìn)行測(cè)量，其結(jié)果是裙板組成焊接后弧度產(chǎn)生3～6mm變形量，如圖2所示。裙板端部處焊縫存在缺陷，如圖3所示。

圖2 裙板組成焊接弧度變形

圖3 裙板組成端部焊縫缺陷

由于裙板組成設(shè)計(jì)上對(duì)外輪廓與弧度形狀尺寸要求較高，因此采用合理的焊接順序與焊接反變形量、控制焊接熱輸入等可以有效控制焊接變形，保證產(chǎn)品外形輪廓和工藝尺寸。在焊接上、下裙板單面V形焊縫時(shí)，以裙板型材兩外側(cè)端為定位基準(zhǔn)。由于上、下裙板鋁合金型材壁厚較薄，造成鋁合金型材在縱向與橫向焊縫方向產(chǎn)生波浪變形。為控制裙板組成的焊接變形及焊縫缺陷產(chǎn)生，制定改進(jìn)工藝措施如下。

由于上、下裙板焊接后產(chǎn)生焊接變形，在焊接夾具上采用焊接壓板與上、下裙板整體固定壓夾，以控制上、下裙板的焊接變形。裙板組焊以上、下裙板鋁合金型材外側(cè)端為定位基準(zhǔn)，如圖4所示，將上、下裙板型材與焊接夾具定位、夾緊時(shí)，需要保證焊縫位置尺寸符合焊接工藝間隙要求，并調(diào)整焊接專機(jī)相對(duì)組件焊縫位置尺寸精度。

在裙板組成正裝焊接過程中，壁厚為3mm鋁合金型材插接焊縫附近存在焊接變形，使得裙板組成焊接后局部表面產(chǎn)生凹凸變形。為控制鋁合金型材薄壁焊縫附近焊接變形，將焊接夾具壓緊裝置兩側(cè)縱梁型材改為冷卻循環(huán)水系統(tǒng)，如圖4所示。在上、下裙板焊接中開通冷卻循環(huán)水系統(tǒng)，對(duì)焊縫附近進(jìn)行冷卻達(dá)到減少熱輸入量，控制焊接變形過大的目的。裝配上、下裙板插接后對(duì)焊縫區(qū)域進(jìn)行檢測(cè)，消除或減少插接錯(cuò)邊誤差并進(jìn)行點(diǎn)固焊接。調(diào)整焊接專機(jī)在上、下裙板間焊縫試運(yùn)行保持無(wú)偏差，進(jìn)行上、下裙板間V形焊縫焊接。為防止焊縫在引弧與收弧區(qū)域產(chǎn)生焊接缺陷，在焊縫兩端點(diǎn)固引弧板與收弧板。在上、下裙板焊接弧度變形控制上，采用在焊接夾具上加裝2～3mm調(diào)整墊做預(yù)制焊接反變形，以調(diào)整和控制上、下裙板焊接弧度變形量過大問題，如圖5所示。由于焊接變形量較大，在焊接夾具上增加工藝支撐，并將裙板組成橫向尺寸增加1～3mm，以抵消裙板組成焊接后的收縮變形。

圖4 裙板組成正裝定位夾緊

圖5 裙板組成反裝預(yù)制變形

在裙板組成反裝焊接時(shí)，使用變位機(jī)將焊接夾具旋轉(zhuǎn)180°。由于焊接位置與正裝相比空間較小，因此在焊接夾具設(shè)計(jì)上應(yīng)簡(jiǎn)化焊縫附近的構(gòu)件，避免焊接專機(jī)操作空間與視線受影響。鋁合金材料焊接變形量較大，同樣反裝焊縫附近也需要加裝冷卻循環(huán)水系統(tǒng)，在焊縫兩端同樣點(diǎn)固引弧板、收弧板，解決裙板組成端部存在的焊縫缺陷問題。通過采用預(yù)制焊接變形和增加焊接墊板工藝，較好的控制了裙板組成弧度焊接變形量過大問題，保證了裙板組成設(shè)計(jì)、質(zhì)量要求，優(yōu)化和改善了裙板組成裝配焊接工藝。

（2）焊縫缺陷及工藝改進(jìn) 在裙板組成焊接生產(chǎn)中，焊接夾具操作位置和焊接空間很重要。由于焊接參數(shù)不穩(wěn)定，裙板組成焊縫間隙過大或過小，也是導(dǎo)致焊接產(chǎn)生焊縫缺陷的原因之一。通過提高裙板型材斷面尺寸精度與改進(jìn)焊接夾具定位裝置；優(yōu)化焊接參數(shù)；增加焊縫專用焊接墊板等工藝措施，有效解決了裙板組成弧度產(chǎn)生變形量過大和焊縫缺陷問題，提高了裙板組成焊接質(zhì)量。

（3）調(diào)修工藝 使用弧度檢測(cè)樣板對(duì)裙板組成弧度檢測(cè)，確定調(diào)修工藝方案。由于裙板組成焊接為鋁合金型材結(jié)構(gòu)，一般采用火焰調(diào)修方式。調(diào)修時(shí)對(duì)裙板組成變形處焊縫進(jìn)行加熱，加熱溫度控制在150℃以內(nèi)。調(diào)修后的裙板組成弧度偏差不超過±1mm，保證裙板組成輪廓與弧度尺寸符合設(shè)計(jì)要求。裙板弧度調(diào)修時(shí)應(yīng)放在專用的調(diào)修工裝上，調(diào)修力度不要過大，防止在調(diào)修過程中裙板的薄邊側(cè)變形、斷裂產(chǎn)生。

(4)焊縫檢測(cè)與打磨 裙板組成插接焊縫如圖6所示，焊縫檢測(cè)前需對(duì)焊縫區(qū)域進(jìn)行拋刷，去除表面污物和焊接飛濺等；檢測(cè)工作溫度在10～50℃，白光照度大于500LX。焊縫及兩側(cè)至少10mm焊接區(qū)域進(jìn)行PT檢測(cè)無(wú)缺陷。焊縫打磨前先用刨銑機(jī)對(duì)焊縫進(jìn)行銑平，刨銑時(shí)應(yīng)注意不要傷及母材，應(yīng)給打磨工序預(yù)留2～3mm余量，使用風(fēng)動(dòng)角磨機(jī)進(jìn)行焊縫打磨，如圖7所示

圖6 裙板組成插接焊縫及標(biāo)注

圖7 裙板組成焊縫檢測(cè)與打磨

3.結(jié)語(yǔ)

本文通過采用工藝放量和預(yù)制焊接變形工藝方法和合理的焊接工藝，有效地控制了裙板組成焊接變形過大問題，優(yōu)化了裙板組成制造工藝和焊接參數(shù)，保證了裙板組成焊接質(zhì)量，為裙板組成采用鋁合金型材結(jié)構(gòu)焊接提供工藝經(jīng)驗(yàn)借鑒。