李 帥 張靜靜 阮小丹 曾要爭(zhēng) 胡基貴

(中車南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司 江蘇 南京 210031)

鋁為地殼中含量最多的金屬元素，因其具有密度低、強(qiáng)度適中、加工性能好等一系列優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于包裝、建筑、交通運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)。鋁合金已成為軌道交通行業(yè)中不可或缺的一部分[1]，但在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)鋁合金存在各種缺陷[2]。鋁合金折彎時(shí)出現(xiàn)裂紋時(shí)有發(fā)生，目前也有很多關(guān)于對(duì)此種缺陷的研究[3-4]。下面以某地鐵線車輛補(bǔ)強(qiáng)板來(lái)料出現(xiàn)裂紋為例，研究分析了造成鋁合金板材折彎缺陷的原因，及相應(yīng)的處理和預(yù)防措施。

1 原因分析

某地鐵車輛底架生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)與車鉤橫梁、底架邊梁連接的補(bǔ)強(qiáng)板來(lái)料出現(xiàn)裂紋，裂紋位于補(bǔ)強(qiáng)板折彎圓弧部位斷面、平行于板厚方向，長(zhǎng)度5 mm～30 mm不等(見圖1)。

圖1 裂紋示意

對(duì)裂紋深度進(jìn)行檢測(cè)，連續(xù)對(duì)多個(gè)補(bǔ)強(qiáng)板裂紋往深度方向進(jìn)行打磨，深度在1 mm～8 mm之間。

(1)經(jīng)第三方檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)對(duì)補(bǔ)強(qiáng)板裂紋斷口進(jìn)行檢驗(yàn)，母材金相組織無(wú)異常，未見夾渣等缺陷，故排除組織缺陷因素。

(2)板材機(jī)械性能檢測(cè)結(jié)果如表1所示， 板材各關(guān)鍵性能指標(biāo)均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，但板材屈服強(qiáng)度比較大，即變形屈服后很容易發(fā)生開裂。

表1 板材機(jī)械性能結(jié)果

(3)補(bǔ)強(qiáng)板為非對(duì)稱結(jié)構(gòu)，在折彎過(guò)程中圓弧斷面發(fā)生不均勻的形變，出現(xiàn)剪切力，導(dǎo)致晶界滑移(中性層上部往外變形，中性層下部往里變形)出現(xiàn)開裂(見圖2)。

圖2 整改前折彎示意圖

2 處理措施

2.1 對(duì)于某地鐵車輛在制底架

(1)切除問(wèn)題補(bǔ)強(qiáng)板：將發(fā)現(xiàn)裂紋的補(bǔ)強(qiáng)板使用角磨機(jī)全部切除，切除時(shí)禁止一切到底(預(yù)留2 mm以上)，避免傷及母材。

(2)PT探傷切割部位：使用拋光片將殘余焊縫金屬打磨拋光，并對(duì)切割區(qū)域進(jìn)行PT檢測(cè)，確保無(wú)裂紋。

(3)補(bǔ)強(qiáng)板來(lái)料檢查：車體車間對(duì)補(bǔ)強(qiáng)板折彎圓弧斷面處進(jìn)行PT檢測(cè)，確保無(wú)裂紋。

(4)重新焊接新的補(bǔ)強(qiáng)板：按照原工藝重新安裝焊接經(jīng)確認(rèn)無(wú)裂紋的補(bǔ)強(qiáng)板。

(5)焊后PT檢測(cè)：焊接完成后對(duì)補(bǔ)強(qiáng)板折彎圓弧斷面處再次進(jìn)行PT檢測(cè)，確保無(wú)裂紋。

2.2 對(duì)于已經(jīng)完成車體總成的車輛

經(jīng)多次打磨檢測(cè)，確定裂紋深度未超過(guò)10 mm，經(jīng)動(dòng)車設(shè)計(jì)部進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算評(píng)估，使用打磨去除裂紋的方法，在裂紋去除后打磨深度不超過(guò)10 mm，將補(bǔ)強(qiáng)板斷面打磨成與原有輪廓平行，能滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求。故采用打磨去除的方法對(duì)已焊接上車的補(bǔ)強(qiáng)板裂紋進(jìn)行處理，具體措施如下：

(1)PT檢測(cè)、確定位置：對(duì)存在裂紋的位置，進(jìn)行PT檢測(cè)，確定裂紋的準(zhǔn)確位置及范圍。

(2)去除裂紋：使用直磨機(jī)沿板寬方向清除裂紋，直至裂紋完全消失，打磨推進(jìn)深度不允許大于10 mm。

(3)PT檢測(cè)確認(rèn)：再次對(duì)打磨部位及周邊進(jìn)行PT檢測(cè)，確保裂紋完全清除。

(4)補(bǔ)強(qiáng)板輪廓修磨：使用打磨畫線樣板沿打磨最深處邊緣畫線，根據(jù)畫線標(biāo)記打磨周邊母材，確保打磨后外輪廓與原有輪廓平行，順滑無(wú)毛刺。

(5)針對(duì)已完成油漆的車體，由于打磨造成油漆損壞的，對(duì)該區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)漆處理。

注意：打磨前需進(jìn)行打磨工作試件練習(xí)，得到技術(shù)部工程師認(rèn)可后方可上車打磨。

2.3 其他處理方法

通過(guò)熱處理來(lái)控制鋁板特性，鋁板6082在T6狀態(tài)時(shí)，硬度高且不易變形，故可以在T4狀態(tài)下進(jìn)行折彎，T4狀態(tài)相比T6狀態(tài)材料硬度較低，且可塑性較高，待折彎成型后再通過(guò)熱處理變?yōu)門6狀態(tài)，但該方法存在局限性，傳統(tǒng)的鋁板來(lái)料狀態(tài)統(tǒng)一，一般加工工廠沒(méi)有鋁合金熱處理工藝，鋁合金熱處理工藝在型材廠家才具備，故要完成上述工作，該零件需要由型材廠家生產(chǎn)。

3 預(yù)防措施

(1)調(diào)整補(bǔ)強(qiáng)板生產(chǎn)工藝，補(bǔ)強(qiáng)板出現(xiàn)裂紋的斜邊一側(cè)多余金屬(深度15 mm)在下料時(shí)先不去除，待折彎后再將多余部分加工去除(見圖3)。

圖3 整改后折彎示意圖

(2)增加探傷要求、加強(qiáng)質(zhì)量管控：①對(duì)補(bǔ)強(qiáng)板發(fā)貨前、來(lái)料后、焊接后增加PT探傷要求；②質(zhì)量部門加強(qiáng)后續(xù)來(lái)料質(zhì)量管控。

4 結(jié)論

鋁合金板材在折彎時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

(1)盡量要沿著板材的紋理方向折彎；

(2)若折彎板材需要機(jī)加工，且機(jī)加工方向與折彎方向有角度時(shí)，盡量先折彎再機(jī)加工；

(3)對(duì)鋁合金板材的來(lái)料進(jìn)行控制，避免材料的屈服強(qiáng)度過(guò)高；

(4)若條件許可，建議鋁合金板材在T4狀態(tài)下進(jìn)行折彎，再通過(guò)熱處理達(dá)到T6狀態(tài)。