唐山軌道客車有限責(zé)任公司焊接工程師 王廣英

南京南車浦鎮(zhèn)城軌車輛有限公司焊接主管 金文濤

南車四方車輛有限公司焊接主管 但楚臣

大連機(jī)車車輛有限公司焊接工程師 陳琛

鋁合金高效焊接之裝備應(yīng)用

王廣英：目前，高速動(dòng)車組車體普遍采用鋁合金焊接結(jié)構(gòu)，其主要焊縫均采用長縱焊縫連接方式，為提高焊接效率、保證焊接質(zhì)量穩(wěn)定，一般采用焊接機(jī)器人焊接生產(chǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，一輛車體采用機(jī)器人焊接的焊縫有38道。

唐車公司自生產(chǎn)CRH380BL型國產(chǎn)新一代高速動(dòng)車組項(xiàng)目以來，國內(nèi)市場對高速動(dòng)車組產(chǎn)品的需求急劇擴(kuò)大。為了及時(shí)滿足市場需求，提高動(dòng)車組車體生產(chǎn)效率，唐車公司在使用單焊槍自動(dòng)焊接設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)的基礎(chǔ)之上，適時(shí)引進(jìn)了雙焊槍自動(dòng)焊接設(shè)備，并采用5087、φ1.2mm和φ1.6 mm盤狀MIG焊絲。

單槍焊接設(shè)備：車鉤面板采用小Cloos單槍單絲焊接機(jī)器人;側(cè)墻采用龍門igm、Cloos單槍單絲焊接機(jī)器人（見圖1）；圓頂平頂采用小igm單槍單絲焊接機(jī)器人。

雙槍焊接設(shè)備：車頂組成采用Cloos雙槍單絲焊接專機(jī)（見圖2）。

圖1 Cloos單槍焊接機(jī)器人

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圖2 Cloos雙槍單絲焊接專機(jī)

地板采用igm雙槍雙絲龍門焊接機(jī)器人；車體采用福尼斯雙槍單絲焊接專機(jī)。

雙槍自動(dòng)焊接設(shè)備的引進(jìn)，盡管會(huì)大幅提高焊接效率，但也將帶來設(shè)備與工裝干涉、焊槍之間相互協(xié)調(diào)、焊接參數(shù)匹配等焊接工藝問題。因此，引進(jìn)的雙槍焊接設(shè)備不能盲目采用傳統(tǒng)焊接工藝，而應(yīng)該通過分析型材結(jié)構(gòu)特征，充分掌握特征規(guī)律，在此基礎(chǔ)之上有針對性地制定新型雙槍自動(dòng)焊接工藝。

圖3 SAF鋁合金MIG焊專機(jī)

金文濤：地鐵車輛及高速列車鋁合金車體大部件目前大量采用擠壓型材拼焊，對于焊接質(zhì)量及焊接效率要求極高。由于車體大部件型材拼接后，接口部位長而規(guī)則，便于自動(dòng)化作業(yè)。目前SAF、igm等（見圖3、圖4）鋁合金MIG焊專機(jī)、MIG焊機(jī)械手等焊接設(shè)備已普及，應(yīng)用情況良好；而攪拌摩擦焊專機(jī)以其焊接速度高、變形小等眾多優(yōu)勢正在積極推廣中。

但楚臣：對于我公司而言，小部件且結(jié)構(gòu)復(fù)雜、焊接接頭種類多的部件，手工MIG、TIG焊接應(yīng)用最為廣泛，同時(shí)大部件中的長直焊縫采用全機(jī)械自動(dòng)焊機(jī)焊接。焊機(jī)品牌有德國雷姆REHM焊機(jī)、法國SAF焊機(jī)，焊絲主要采用的是SAF焊絲及大西洋焊絲。

圖4 igm鋁合金MIG焊接機(jī)械手

陳?。轰X合金地鐵或輕軌車輛制造中，熔化極惰性氣體保護(hù)焊即MIG焊接由于成本較低、生產(chǎn)高效等特點(diǎn)大面積應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中。就應(yīng)用設(shè)備來說，我公司在實(shí)際生產(chǎn)制造中傾向選擇福尼斯焊機(jī)或配有福尼斯焊接系統(tǒng)的自動(dòng)焊機(jī)（見圖5），這是由于該設(shè)備技術(shù)優(yōu)勢明顯，焊接電弧穩(wěn)定，調(diào)節(jié)簡單，焊縫成形良好。焊材傾向選擇SAF或伊薩品牌的鋁合金焊絲，品質(zhì)均有保證。

圖5 福尼斯焊機(jī)

鋁合金高效焊接之變形控制

王廣英：（1）制定合理的焊接順序 針對長大鋁型材的焊接，國外普遍采用雙槍對稱焊接工藝，以保證對稱焊縫焊接變形量的均勻。針對單槍焊接設(shè)備，唐車開發(fā)了一種單焊槍焊接工藝，型材兩面分別制定焊接順序，而不是采用兩面焊接順序相同的傳統(tǒng)工藝，很好地控制了焊后變形。

（2）優(yōu)化工裝壓卡 唐車公司的自動(dòng)焊焊接工裝采用了長短夾具配合壓卡的工藝，短夾具壓緊型材兩側(cè)以控制工件整體變形，長夾具隨焊壓卡以控制工件局部的變形。通過實(shí)施以上工藝，實(shí)現(xiàn)了長大型材的整體焊接變形和局部變形控制。

金文濤：鋁合金車體生產(chǎn)過程中的變形控制，是工藝及生產(chǎn)團(tuán)隊(duì)的重要任務(wù)之一。鋁合金焊接變形控制方法包括：合理制定焊接工藝、科學(xué)的工藝裝備設(shè)計(jì)、嚴(yán)格的工藝紀(jì)律管控等方面。作為工藝團(tuán)隊(duì)，在制定焊接工藝時(shí)，要根據(jù)產(chǎn)品特點(diǎn)考慮焊接方法、焊接參數(shù)、反變形設(shè)置、焊接順序、焊后矯正等多方面因素，并編制試驗(yàn)大綱，通過工藝試驗(yàn)驗(yàn)證確認(rèn)合理后，再用于正式生產(chǎn)。焊接工藝裝備設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮定位點(diǎn)及定位方式、夾緊點(diǎn)及夾緊方式，翻轉(zhuǎn)、吊運(yùn)等因素，同樣新工裝必須通過組焊試驗(yàn)驗(yàn)證后才能投入使用。作為生產(chǎn)團(tuán)隊(duì)，正確的理解工藝意圖及嚴(yán)格執(zhí)行工藝方法，是變形控制的基本要素，因此嚴(yán)格的工藝紀(jì)律管控同樣重要。

但楚臣：生產(chǎn)中常用的控制鋁合金焊接變形的方法：首先，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)上在滿足使用功能的前提下盡量將焊縫分散、對稱設(shè)計(jì)，同時(shí)可以考慮將焊接接頭設(shè)計(jì)成能夠應(yīng)用攪拌摩擦焊、激光焊、電阻焊的焊接接頭；其次，工藝上可采取減少焊縫的焊接熱輸入量，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)提前設(shè)置一定的反變形量，設(shè)置專用的焊接工裝進(jìn)行剛性固定，采用分散對稱焊接及分段退焊等方法。

陳?。涸阡X合金城軌車輛制造中，最有效控制變形的方法是利用工裝進(jìn)行反變形以控制變形。以我公司中頂板焊接為例：中頂板焊接時(shí)，先反面焊接，再正面焊接；反面焊接時(shí)調(diào)整工裝頂位面與圖樣弧形相同，將中頂板與工裝定位面壓嚴(yán)后進(jìn)行焊接；等完全冷卻后，將中頂板吊至正面胎，將中頂板與工裝定位面的間隙用鋁墊板填滿，然后用夾具夾緊后焊接。焊接后中頂板弧形基本符合圖樣要求。

鋁合金高效焊接之變形矯正技術(shù)

王廣英：我公司鋁合金焊接變形的矯正通常采用機(jī)械調(diào)修和火焰調(diào)修的方法。

機(jī)械調(diào)修可能會(huì)導(dǎo)致母材開裂造成安全隱患，因此火焰調(diào)修的方法普遍應(yīng)用于鋁合金焊接結(jié)構(gòu)中。但是火焰調(diào)修時(shí)必須嚴(yán)格控制熱輸入，一方面熱輸入必須充足，以保證調(diào)修后得到尺寸合格的產(chǎn)品；另一方面，調(diào)修時(shí)不得超過一定的溫度/時(shí)間組合，否則會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)強(qiáng)度下降。實(shí)際生產(chǎn)中為了保證產(chǎn)品的合格率可能會(huì)對焊接結(jié)構(gòu)進(jìn)行多次調(diào)修。目前，唐車公司利用sysweld軟件對多道焊焊接及焊后多次調(diào)修的過程進(jìn)行模擬仿真，獲得與實(shí)際相符的溫度場、應(yīng)力場和焊后變形結(jié)果，并對結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，來提供一種切實(shí)可行的可用于鋁合金焊接及焊后多次調(diào)修的模擬方法。對明確焊后調(diào)修工藝具有很好的指導(dǎo)作用，可提升調(diào)修的效率，從而提升生產(chǎn)效率。

金文濤：鋁合金焊接變形矯正方法包括冷矯正、熱矯正及復(fù)合矯正。冷矯正即使用機(jī)械壓力對變形部位施壓，使材料產(chǎn)生塑性變形抵消焊接變形的方法。冷矯正對矯正設(shè)備、矯正順序及工藝裝備要求較高，一般適用于結(jié)構(gòu)較簡單的部件。鋁合金熱矯正一般使用火焰加熱的方法（見圖6），對于燃燒氣體、烤把、矯正溫度、順序、手法及經(jīng)驗(yàn)等要求極高，一般適用于結(jié)構(gòu)較復(fù)雜件的矯正。對于結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜或剛性很高的鋁合金工件，可采用冷、熱復(fù)合的方法矯正，即通過火焰加熱、外加機(jī)械壓力的方法矯正。上述矯正方法運(yùn)用的前提是對制定的矯正工藝進(jìn)行充分的工藝試驗(yàn)驗(yàn)證，確保矯正對鋁合金母材及焊縫的性能不會(huì)產(chǎn)生影響。經(jīng)過充分驗(yàn)證的矯正工藝和嫻熟的操作技能，是保證矯正質(zhì)量和效率的前提。

但楚臣：鋁合金焊接變形矯正主要方法有：加熱法（急冷、空冷），加熱兼加壓法（加熱并輔助錘擊、壓制、緊固等手段），冷調(diào)兼加壓法等。鋁合金焊接變形矯正調(diào)修過程中要注意對母材表面的保護(hù)，同時(shí)注意控制不同材料的加熱溫度和時(shí)間；生產(chǎn)過程中根據(jù)產(chǎn)品種類、制作要求，以及焊接變形的程度與部位來選用上述實(shí)用的矯正方法。

圖6 鋁合金型材火焰矯正

陳?。荷a(chǎn)中經(jīng)常使用的焊接矯正方法為火焰調(diào)修，在控制調(diào)修溫度的基礎(chǔ)上，利用火焰調(diào)修技術(shù)矯正變形，提高生產(chǎn)效率。

在火焰調(diào)修過程中需注意以下事項(xiàng)：①要判斷正確的矯正位置和調(diào)修量。調(diào)修量＞5mm，需要夾具/壓鐵來配合。②針對不同鋁板的厚度選擇溫度?；鹧鏈囟瓤刂圃?50～200℃?；鹧娌灰诖怪狈较颍ㄖ鄙现毕拢┻M(jìn)入加熱，應(yīng)保持＞100°傾斜。③加熱的速度不能過快或過慢。加熱時(shí)不宜速度過慢，火焰分散過大，容易造成調(diào)修面凹凸不平。④觀察鋁板變色來判斷是否加熱溫度過高或過低。