王鵬 仲積峰 丁見

1. 概述

目前鋁合金車體大量使用擠壓型材作為結(jié)構(gòu)材料，其牌號(hào)為A6N01S—T5，屬于6000系列，為熱處理強(qiáng)化鋁合金，在車體的端墻、側(cè)墻、頂棚、邊梁等部件達(dá)到了廣泛的應(yīng)用。由于A6N01S—T5有優(yōu)良的擠壓性能，通過制作成雙層中空型材，內(nèi)部設(shè)計(jì)橫向或是斜向的加強(qiáng)筋，板厚在2～3.5mm之間，既有效的提高了結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，又大大減輕了車體的自身的重量。

在車體生產(chǎn)過程和車體運(yùn)營(yíng)過程中，雙層鋁型材單側(cè)偶爾會(huì)受到較大外力的沖擊導(dǎo)致局部損傷，如劃痕、凹陷、母材撕裂，圖1為側(cè)墻型材表面損傷。

一般情況下，當(dāng)出現(xiàn)雙層型材表面出現(xiàn)損傷時(shí)，按照如下原則進(jìn)行處理：

（1）型材表面因打磨或碰撞等產(chǎn)生的深度＜0.5mm的平緩凹陷可不處理。表面線狀劃傷，深度在板厚1 0%以內(nèi)且不超過0.5mm的，打磨消除。凹陷和劃傷在0.5~1mm之間的采用堆焊磨平處理。

（2）型材表面因碰撞產(chǎn)生的凹陷，若有開裂、破損，需對(duì)其進(jìn)行焊接修復(fù)。外觀檢查和滲透探傷確認(rèn)無裂紋的情況下，采用焊接工藝?yán)瓧U向外拉緊的方法將其調(diào)平。若開裂甚至穿孔較大的，采用挖補(bǔ)焊接修復(fù)方法。

對(duì)于型材損傷需要進(jìn)行挖補(bǔ)的，是施工過程中的難點(diǎn)，我們通過分析型材的特點(diǎn)，制定了切實(shí)可行的工藝措施。這樣既保證了結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，最大限度的恢復(fù)原部件的形貌，又可以降低施工難度，提高修復(fù)成功率。

2. 雙層型材挖補(bǔ)焊接修復(fù)結(jié)構(gòu)

鋁合金動(dòng)車車體雙層型材的截面形狀和結(jié)構(gòu)原理大致相當(dāng)，圖2為型材部位截面。型材表面開裂、破損情況具有以下特點(diǎn)：

（1）在型材內(nèi)部為中空的區(qū)域在受到較大外力作業(yè)時(shí)，易發(fā)生型材表面開裂或破損。原因是該區(qū)域母材內(nèi)部無加強(qiáng)筋作為支撐，而且在該區(qū)域的中間位置為抗彎能力最差的區(qū)域，也往往是損傷最為嚴(yán)重的區(qū)域。

（2）型材部分空腔內(nèi)表面貼有減震材料，如果損傷部位產(chǎn)生在該區(qū)域，焊接修復(fù)時(shí)接頭區(qū)域背部減震材料必須徹底清除，否則受到焊接熱影響會(huì)產(chǎn)生對(duì)焊縫有害的物質(zhì)，導(dǎo)致大量的焊接缺陷。

圖1 側(cè)墻型材表面損傷

圖2 型材截面

（3）為了保證修復(fù)完成后其表面與周圍區(qū)域齊平，必須采用同樣厚度、同樣材質(zhì)的材料為補(bǔ)板，因此，最合適的焊接接頭形式為對(duì)接接頭。由于型材的厚度大部分在2～3mm之間，板厚較薄，所以為了降低操作難度，提高修復(fù)成功率，宜采用背部帶永久性襯墊的對(duì)接接頭形式進(jìn)行焊接。

（4）從型材表面可以明顯看出擠壓纖維方向和外形弧度形狀的，在預(yù)制補(bǔ)板時(shí)必須考慮補(bǔ)板的纖維方向和弧度與型材相吻合。

3. 雙層型材挖補(bǔ)焊接修復(fù)工藝

（1）焊接方法 鋁合金焊接方法主要有兩種，分別是熔化極惰性氣體保護(hù)焊和鎢極氬弧焊，這兩種焊接方法都可以作為焊接修復(fù)的最佳選擇。在鋁合金生產(chǎn)過程中應(yīng)用最為廣泛的是MIG焊接方法，持有該焊接資質(zhì)的人員比較普遍，故選用MI G焊接方法更為適合。

（2）焊接設(shè)備與材料 MIG焊接設(shè)備需具有脈沖功能和 “4T”功能（即提前送氣→起弧→收弧→滯后停氣），這樣可以得到穩(wěn)定的電弧和良好的氣體保護(hù)效果；焊絲采用ER5356鋁合金焊絲，φ 1.2mm，該種焊絲有優(yōu)良的鋁合金焊接性能，小直徑焊絲可以有效的降低熱輸入量，特別適用于薄板焊接。

（3）焊接位置 焊接時(shí)的最佳位置為平焊位置（PA）, 如果受到空間位置限制也可以選擇橫焊（PC）和立向上焊（PF），盡量不采用仰焊位置(PE)，同時(shí)鋁合金焊接時(shí)不允許采用立下向焊接（PG）。

（4）施工環(huán)境 現(xiàn)場(chǎng)的溫度≥8℃，濕度≤80%，否則需對(duì)接頭附近區(qū)域進(jìn)行預(yù)熱處理，環(huán)境風(fēng)速≤1m/s。

（5）焊接參數(shù) 為了得到可靠的焊接參數(shù)，需要在現(xiàn)車正式施工前制作焊接試件，確認(rèn)最終的焊接參數(shù)。焊接試件需嚴(yán)格按照現(xiàn)車的尺寸制作。

4. 雙層型材挖補(bǔ)焊接修復(fù)過程

（1）修復(fù)前準(zhǔn)備 將焊縫周圍1 000mm范圍內(nèi)的內(nèi)裝件、防寒材等低熔點(diǎn)和易燃物拆除。徹底清除破損部位表面膠體等附著物，焊接時(shí)對(duì)車內(nèi)電線使用防火布及隔熱材防護(hù)。仔細(xì)清除側(cè)墻型材待修復(fù)部位內(nèi)腔表面，確保焊接位置50mm范圍內(nèi)有機(jī)物等雜質(zhì)殘留。破損孔洞及破損型材加強(qiáng)筋打磨修整，保證孔洞及加強(qiáng)筋邊緣修整平整并圓滑過渡后維持現(xiàn)狀；將帶修復(fù)部位型材外表面打磨平整。使用吸塵裝置仔細(xì)清理破損位置型材內(nèi)部雜物（鋁屑、減震材、異質(zhì)物等）。對(duì)裂紋周圍至少50mm范圍區(qū)域進(jìn)行PT探傷，明確裂紋長(zhǎng)度、起始位置以及有無其他裂紋。根據(jù)PT探傷確定的裂紋狀態(tài)后，劃定側(cè)墻板需覆蓋位置，要求劃線盡量采用直角劃線方式，劃線位置距離裂紋末端至少10mm間距。裂紋末端需用鉆頭打止裂孔，防止裂紋擴(kuò)展。根據(jù)探傷情況，對(duì)型材表面適當(dāng)打磨修整。

（2）割除缺陷 根據(jù)PT探傷的區(qū)域?qū)θ毕葸M(jìn)行割除，切割時(shí)需注意切割區(qū)域邊緣形狀規(guī)則且圓滑，不準(zhǔn)許存在尖角及直角，節(jié)點(diǎn)位置要保證＞R10mm的圓角過渡（見圖3）。

（3）襯墊安裝與焊接 根據(jù)缺陷清除的形狀預(yù)制永久性襯墊，襯墊的外形與割除尺寸相同，要求其尺寸比修補(bǔ)尺寸＞5~20mm，厚度在3~6mm之間，材質(zhì)為A5083P—O（見圖4）。

在安裝墊板時(shí)先去除襯墊表面的氧化膜和油污，然后置于型腔內(nèi)焊接固定，注意必須與型材貼合緊密，不能有間隙。焊接固定時(shí)應(yīng)該避開端部應(yīng)力集中區(qū)。

圖3 割除區(qū)域

圖4 墊板尺寸與安裝示意

首先焊接襯墊與母材的搭接焊縫，分兩段進(jìn)行焊接，如圖5所示。首先焊接F1焊縫，起弧點(diǎn)與收弧點(diǎn)分別位于上下焊道的中間部部位；然后清理黑灰，修整起弧收弧點(diǎn)，要求修整成斜面圓弧過渡，修整長(zhǎng)度在5mm左右，如圖6所示。最后進(jìn)行F2焊縫焊接，起弧點(diǎn)與收弧點(diǎn)與第1到焊縫重合。兩條焊縫的焊接參數(shù)如表1所示。

焊接完成后需對(duì)整條焊縫進(jìn)行修整，要求修整為HV坡口，坡口角度為30°~35°之間，底部焊縫寬度保留3mm左右。圖7為焊縫修整示意。

（4）補(bǔ)板安裝與焊接 根據(jù)缺陷清除的形狀預(yù)制補(bǔ)板，襯墊的外形與修補(bǔ)尺寸相同，要求其尺寸比修補(bǔ)尺寸小5mm，材質(zhì)和厚度與被割除型材相同，如圖8所示。安裝時(shí)注意補(bǔ)板與型材的擠壓纖維方向一致。在安裝墊板時(shí)先去除襯墊表面的氧化膜和油污，然后根據(jù)放置在襯墊上，這里特別注意四周與母材的間隙要均勻，然后進(jìn)行焊接固定。

補(bǔ)板完成后先對(duì)其修整坡口，要求修整完成后焊接接頭坡口角度在60°～70°之間，不留鈍邊。坡口修整如圖9所示。

然后焊接襯墊與母材的對(duì)接焊縫，分兩段進(jìn)行焊接，焊接時(shí)要求在起弧和收弧處設(shè)置引弧板和收弧板，焊接完成后再將其去除。如圖10所示，首先焊接S1焊縫，起弧點(diǎn)與收弧點(diǎn)分別位于上下焊道的中間部部位。然后清理黑灰，修整起弧收弧點(diǎn)，要求修整成斜面圓弧過渡，修整長(zhǎng)度在5mm左右。最后進(jìn)行S2焊縫焊接，起弧點(diǎn)與收弧點(diǎn)與S1焊縫重合。兩條焊縫的焊接參數(shù)如表2所示。圖11為焊接完成后焊縫示意。

（5）焊后處理及檢驗(yàn) 待焊縫溫度冷卻到室溫后用砂輪機(jī)將焊縫余高磨平，注意打磨的切削方向與焊縫垂直，打磨的進(jìn)給方向與焊接方向相反，同時(shí)不要損傷焊縫兩側(cè)的母材；然后用千葉磨片拋光處理。磨平后對(duì)焊縫進(jìn)行滲透探傷，檢驗(yàn)等級(jí)按照ISO10042 C級(jí)執(zhí)行。

圖5 墊板焊接示意

表1 主要焊接參數(shù)

圖6 起弧收弧點(diǎn)修整示意

圖7 焊縫修整示意

圖8 補(bǔ)板尺寸與安裝示意

圖9 補(bǔ)板坡口修整示意

表2 主要焊接參數(shù)

圖10 焊接示意

圖11 焊接完成后焊縫示意

5. 結(jié)語

通過實(shí)踐證明，該焊接修復(fù)的重點(diǎn)和難點(diǎn)在焊接準(zhǔn)備工作上，如在焊接修復(fù)前需要制作模擬試件以確定合適的焊接參數(shù)，結(jié)合滲透探傷的結(jié)果來確認(rèn)缺陷割除的范圍，徹底清除焊縫周圍對(duì)焊接有害的污物；為了提高焊縫質(zhì)量，降低焊接難度，必須仔細(xì)安裝襯墊和補(bǔ)板，修整坡口形狀等。故在整個(gè)焊接修復(fù)過程中，只有重視每一步的細(xì)節(jié)，才能得到優(yōu)質(zhì)的焊縫。

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