孔華 戴麗芳 張春曉

摘要：為更好促進(jìn)軌道交通體系規(guī)劃、建設(shè)活動(dòng)的有序開展，構(gòu)建成熟、高效的建造體系，相關(guān)加工制造企業(yè)，積極進(jìn)行技術(shù)革新，采取現(xiàn)代化的焊接手段，認(rèn)真做好軌道車輛的加工制造工作?；谶@種認(rèn)知，文章以焊接工作作為切入點(diǎn)，積極探討鋁合金MIG焊搭接接頭處理方案，實(shí)現(xiàn)對焊接接頭應(yīng)力以及變形的科學(xué)化、有效控制，打造成熟的焊接體系。

關(guān)鍵詞：軌道車輛;鋁合金MIG;焊搭接頭;應(yīng)力變形

中圖分類號：TG404;U270.6? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2020）21-0091-02

0? 引言

為了降低城市通勤壓力，越來越多的地區(qū)，投入大量資源進(jìn)行軌道車輛項(xiàng)目的規(guī)劃、建設(shè)。鋁合金作為一種復(fù)合型材料，其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較高、可塑性較好、加工難度較低，因此成為現(xiàn)階段主流的軌道車輛合金組件?？紤]到軌道車輛的加工需求，目前往往采取熔化極惰性氣體保護(hù)焊技術(shù)體系，對軌道車輛結(jié)構(gòu)進(jìn)行加工處理，旨在構(gòu)建起科學(xué)、完善的焊接機(jī)制，有效防范鋁合金焊接過程中的變形情況的出現(xiàn)，保證鋁合金焊接成效。

1? 鋁合金MIG焊接工藝參數(shù)分析

對鋁合金MIG焊接工藝參數(shù)的梳理以及分析，有助于制造企業(yè)以及工作人員在思維層面形成正確的認(rèn)知，把握技術(shù)手段的主要參數(shù)，為后續(xù)應(yīng)力有限元分析以及變形仿真結(jié)果的掌控奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

1.1 鋁合金焊接特點(diǎn)

從過往經(jīng)驗(yàn)來看，鋁合金在焊接的過程中，極易出現(xiàn)氧化的情況，生產(chǎn)氧化鋁等雜質(zhì)，由于氧化鋁熔點(diǎn)較好，性狀不穩(wěn)定，去除難度較高，因此如果沒有采取必要的焊接技術(shù)工藝進(jìn)行應(yīng)對處理，勢必增加鋁合金焊接過程中母材的熔化以及融合，對整個(gè)焊接工作的成效造成妨害。從相關(guān)研究結(jié)構(gòu)公布的數(shù)據(jù)來看，鋁合金的線性膨脹系數(shù)約為碳素鋼的兩倍以上，在高溫下，鋁合金形變量較大，所以在實(shí)際的焊接過程中，要求相關(guān)企業(yè)以及工作人員，做好必要的預(yù)防工作，以此避免鋁合金在焊接過程中，出現(xiàn)裂縫，影響鋁合金焊接件的整體性。

1.2 鋁合金MIG焊接工藝參數(shù)

MIG焊接作為一種新型焊接工藝，將外加氣體作為焊接電弧的作用介質(zhì)，通過必要的技術(shù)手段，對金屬熔滴、焊接熔池以及焊接區(qū)高溫金屬進(jìn)行科學(xué)化處理應(yīng)對，是目前完備高效的焊接技術(shù)。在實(shí)際焊接過程中，借助于直流CV焊接電源或者脈沖焊接帶能源，使用技術(shù)較為成熟，焊接效果穩(wěn)定可靠的推拉式焊槍，對焊接母材進(jìn)行處理。與傳統(tǒng)的焊接技術(shù)相比，MIG焊接工藝可以實(shí)現(xiàn)對所有類型金屬的焊接，尤其適合對鋁合金、銅合金以及不銹鋼等金屬的焊接處理，在整個(gè)焊接過程中，基本上不會產(chǎn)生氧化鋁等殘?jiān)?，焊接效果較好。同時(shí)MIG焊接使用的焊接耗材整體成本偏低，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，有著更強(qiáng)的實(shí)用性。但是必須清楚地認(rèn)識到MIG焊接使用的氬氣作為介質(zhì)，盡管其為惰性氣體，不會與焊接母材等相關(guān)材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，但是在焊接過程中，仍需要組織人員對焊接母材、焊接焊絲的表面進(jìn)行清潔處理，確保表面區(qū)域的油污、鐵銹被及時(shí)清除，以免影響最終的焊接效果[1]。為更好地開展鋁合金MIG焊接工作，有效規(guī)避焊接過程中焊接質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，相關(guān)企業(yè)以及工作人員需要積極轉(zhuǎn)變觀念認(rèn)知，創(chuàng)新技術(shù)方法，采取更為積極主動(dòng)的策略，對鋁合金MIG焊搭過程中搭頭區(qū)域進(jìn)行有效處理，通過這種方式，實(shí)現(xiàn)對焊接區(qū)域的有效處理，避免焊接質(zhì)量問題的出現(xiàn)，為后續(xù)加工制造活動(dòng)的開展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

2? 鋁合金MIG焊搭接頭應(yīng)力有限元分析

鋁合金MIG焊搭接頭應(yīng)力的有限元分析，依托現(xiàn)有的分析手段，對軌道車輛鋁合金焊接過程中焊接溫度等因素對于焊搭接頭的應(yīng)力分布進(jìn)行全面評估，以評估結(jié)果為導(dǎo)向，科學(xué)掌握鋁合金MIG焊接的實(shí)際成效，實(shí)現(xiàn)應(yīng)力的有效應(yīng)對。

2.1 鋁合金MIG焊接應(yīng)力分析準(zhǔn)備工作

為更好地分析、掌握鋁合金在MIG焊接過程中，焊接搭頭的應(yīng)力分布以及變化情況，選取研究一定規(guī)格的鋁合金作為研究對象，通過對焊搭接頭相關(guān)數(shù)據(jù)的匯總，開展有限元分析，實(shí)現(xiàn)對應(yīng)力的全面掌控。在這一思路的指導(dǎo)下，選擇現(xiàn)階段軌道交通項(xiàng)目施工過程中，較為常用的6005A-T6型號鋁合金作為研究對象，根據(jù)MIG焊接工藝的參數(shù)要求，對焊絲的參數(shù)、類別進(jìn)行了必要的細(xì)化，同時(shí)將氬氣作為保護(hù)氣體，在研究活動(dòng)開展之初，為了保證研究結(jié)果的真實(shí)性、可靠性，工作人員提前對焊接母材的表面進(jìn)行了清潔處理，使用砂輪機(jī)對焊接母材進(jìn)行了必要的打磨，并在此基礎(chǔ)上，使用丙酮進(jìn)行擦拭，并在20攝氏度的溫度下，進(jìn)行焊接部位的干燥處理。考慮到整個(gè)研究活動(dòng)的真實(shí)性、有效性，工作人員需要對焊接溫度、焊接參數(shù)的盈利開展必要的測定工作，對相關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行掌握。在實(shí)際操作過程中，工作人員使用K型熱點(diǎn)偶測溫設(shè)備對焊接過程中的焊接溫度進(jìn)行測定，基于研究結(jié)果準(zhǔn)確性以及易操作性的考量，工作人員需要使用砂紙對鋁合金粘結(jié)焊接位置進(jìn)行打磨處理，同時(shí)電偶粘貼固定的位置，應(yīng)當(dāng)保持在焊接縫中心區(qū)域的10毫米、26.3毫米以及50.3毫米的距離上，并對這三個(gè)點(diǎn)的位置進(jìn)行測溫處理。這種溫度測定方式的準(zhǔn)確性較高，很好地滿足了鋁合金MIG焊接過程中，溫度測定的相關(guān)要求，實(shí)現(xiàn)溫度變化趨勢的科學(xué)呈現(xiàn)。為了準(zhǔn)確獲取，鋁合金MIG焊接過程中，焊接搭頭區(qū)域應(yīng)力的變化情況，在整個(gè)研究過程中，需充分認(rèn)識到，焊接母材以及焊絲由于存在不均勻加熱情況的存在以及工裝夾的約束作用，在焊接區(qū)域會出現(xiàn)一定的應(yīng)力殘余，應(yīng)力殘余的存在，導(dǎo)致鋁合金焊接區(qū)域發(fā)生形變。為了準(zhǔn)確測定焊接區(qū)域殘存應(yīng)力的大小，工作人員可以采用盲孔法應(yīng)力測試儀對殘存應(yīng)力進(jìn)行數(shù)值分析[2]。考慮到整個(gè)分析結(jié)果的準(zhǔn)確性以及有效性，工作人員需要選擇準(zhǔn)確的測定位置，例如在鋁合金焊接邊緣的40毫米、100毫米、150毫米、200毫米以及250毫米的位置，分別確定5個(gè)點(diǎn)，進(jìn)行焊接縫殘存應(yīng)力的測定。通過對鋁合金MIG焊搭接頭測定過程中，焊接材料、焊接溫度、應(yīng)力測定等主要研究參數(shù)的控制與調(diào)節(jié)，為后續(xù)應(yīng)力變化以及變形分析奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

2.2 鋁合金MIG焊搭接頭有限元分析途徑

鋁合金MIG焊搭接頭有限元分析的過程中，為確保分析成效，工作人員往往借助于計(jì)算機(jī)等設(shè)備，根據(jù)鋁合金母材的實(shí)際尺寸，建立幾何模型，并對模型開展網(wǎng)格劃分，為有限元分析奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。具體來看，在焊接工作完成后，根據(jù)焊接搭頭的實(shí)際尺寸，創(chuàng)建與鋁合金板材大小一致的幾何模型，如圖1所示。

通過幾何模型的構(gòu)建，便捷了有限元計(jì)算工作開展的難度，實(shí)現(xiàn)了各項(xiàng)數(shù)據(jù)計(jì)算以及分析的準(zhǔn)確性。從過往經(jīng)驗(yàn)來看，在有限元分析的過程中，幾何模型越真實(shí)、網(wǎng)格尺寸越精密，計(jì)算精度越大，越符合實(shí)際的使用需求。為了確保有限元分析，與實(shí)際的鋁合金焊接相銜接，在實(shí)際的有限元分析過程中，工作人員需要結(jié)合實(shí)際，對網(wǎng)格進(jìn)行細(xì)化處理。通過這種方式，為后續(xù)力學(xué)模型的構(gòu)建以及應(yīng)力分析奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。在有限元應(yīng)力模型構(gòu)建的過程中，可以采用解耦法以及熱機(jī)耦合算法等多種手段，通過必要的數(shù)學(xué)模型以及算法，將焊接過程中，焊搭區(qū)域的應(yīng)力變化，以更為直觀的方式呈現(xiàn)出來，便于開展后續(xù)的研究工作，通過這種手段，為應(yīng)力的消除提供方向性引導(dǎo)。在這一思路的指導(dǎo)下，工作人員可以采用d{β}=〔D〕d{α}-{C}dT計(jì)算公式，對整個(gè)鋁合金MIG焊接過程中，應(yīng)力變化情況進(jìn)行分析計(jì)算。其中d{β}表示焊接過程中，鋁合金的應(yīng)力增加量，〔D〕表示焊接區(qū)域，彈性常數(shù)，{C}表示焊接過程中，焊接區(qū)域的溫度變化[3]。通過這種方式，建立起完善的有限元分析模型，工作人員能夠較短的時(shí)間內(nèi)，掌握焊接區(qū)域應(yīng)力的分布情況，為后續(xù)參與應(yīng)力的處理以及變形的應(yīng)對提供了方向性引導(dǎo)，增強(qiáng)了相關(guān)工作的針對性、有效性。

3? 鋁合金MIG焊搭接頭變形仿真結(jié)果分析

鋁合金MIG焊搭接頭變形情況的分析，需要借助于仿真分析的方式，采取切實(shí)手段，掌握鋁合金MIG焊搭接頭變形的特性，掌握焊接過程中的變形情況，分析焊接變形趨勢，為焊搭接頭變形地應(yīng)對、處理提供方向性引導(dǎo)。

為實(shí)現(xiàn)鋁合金MIG焊搭接頭變形的科學(xué)分析，工作人員在研究過程中，可以借助于有限元分析的研究場景，有針對性地根據(jù)變形仿真結(jié)果的分析情況，制定研究方案，打造變形仿真研究機(jī)制。在這一思路的指導(dǎo)下，工作人員需要做好鋁合金焊接溫度場的模擬以及對比工作，焊接過程中，需要將獲取的溫度數(shù)據(jù)，進(jìn)行獲取以及分析，借助于計(jì)算機(jī)等設(shè)備，進(jìn)行焊接區(qū)域等溫線的設(shè)置，通過等溫線的繪制，幫助工作人員，科學(xué)掌握焊接區(qū)域的溫度變化以及分布情況，考慮到焊接過程中，溫度與形變之間的關(guān)系，并且在焊接過程中，溫度變化較為顯著，因此在鋁合金焊接溫度環(huán)境模擬過程中，需要持續(xù)關(guān)注焊接區(qū)域的溫度變化，當(dāng)溫度變化較為穩(wěn)定時(shí)，停止數(shù)據(jù)的提取[4]。以本次研究為例，在進(jìn)行相關(guān)型號鋁合金的MIG焊接處理的過程中，焊接區(qū)域的峰值溫度高到1075攝氏度，根據(jù)溫度的變化，繪制溫度變化曲線，工作人員根據(jù)溫度曲線的變化情況，確定變形仿真研究的結(jié)果。在確定仿真研究的溫度環(huán)境之后，使用應(yīng)力分析，要選擇相應(yīng)的分析元件，對整個(gè)焊接過程中，獲取到的溫度信息、形變信息等進(jìn)行分析，完成鋁合金MIG焊搭接縫的變形情況的有效掌握[5]。從整個(gè)研究活動(dòng)的結(jié)果來看，變形位置主要出現(xiàn)在鋁合金的下部區(qū)域，并且越來靠近焊接縫隙，變形量越大，最大變形長度可以達(dá)到3毫米，鋁合金其他區(qū)域的形變量相對較小，焊接縫區(qū)域，形變量較低?；谶@種變形情況，工作人員在實(shí)際工作過程中，需要采取必要手段，認(rèn)真做好焊搭區(qū)域變形情況的應(yīng)對工作。

4? 結(jié)語

軌道車輛在鋁合金MIG焊搭接頭應(yīng)力處理以及變形控制，對于整個(gè)軌道車輛生產(chǎn)制備工作成效的提升有著極大的裨益。在有限元分析以及仿真分析的框架下，制造加工企業(yè)以及相關(guān)工作人員能夠掌握鋁合金MIG焊搭接頭應(yīng)力以及變形情況，為后續(xù)應(yīng)對方案的制定以及相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用提供方向性引導(dǎo)。

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