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        軌道車輛鋁合金車體焊接變形控制研究

        2021-11-29 16:16:05馬婉妮
        魅力中國 2021年11期

        馬婉妮

        (南寧軌道交通集團(tuán)有限責(zé)任公司,廣西 南寧 530029)

        軌道車輛車體為筒形整體承載結(jié)構(gòu),由大型、中空、薄壁鋁合金擠壓型材雙面焊接而成,其最大優(yōu)點(diǎn)是輕量化,可以減輕運(yùn)行成本和維護(hù)成本,有助于達(dá)到高速化,但由于鋁合金熔點(diǎn)低,導(dǎo)熱系數(shù)及熱膨脹系數(shù)較大,在焊接時容易產(chǎn)生焊接變形,最終對車體整體尺寸影響較大。因此,車體總組焊工序中,對車體整體尺寸的控制顯得尤為重要,良好的車體整體尺寸不僅減少后工序的調(diào)修量,而且能夠避免因調(diào)修而增加車體的殘余應(yīng)力,有利于提高鋁合金車體的品質(zhì)。

        一、鋁合金車體的變形

        由于鋁合金的車體的構(gòu)成材料也是有著很多種,而不是統(tǒng)一的一種材料構(gòu)成,所以,在進(jìn)行車體的焊接作業(yè)的時候,所產(chǎn)生的高溫,非常容易導(dǎo)致車體的變形。但是,在現(xiàn)實情況中,車體在進(jìn)行生產(chǎn)的時候,車體之間的窄條是互相在一起接觸的,所以他們之間一方要是變形,也就會影響著另一個種材料也發(fā)生變形,就像因為每一種的型材和焊點(diǎn)之間的距離是不一樣的,因此所接收到的熱量也是不同的,而變形大的材料會進(jìn)行對于變形較小的材料產(chǎn)生擠壓,而這種影響,就會使得鋁型材的彎曲變形。還有,在焊接工作結(jié)束之后,還有著一個后期的材料的冷卻的階段。按照材料熱脹冷縮的原理,我們知道鋁材在冷卻的時候,就會發(fā)生收縮形變的情況,但是因為組成車體的各種材料的不同,也就導(dǎo)致各種材料他們之間的收縮程度有大有小,所以他們之間也就有著阻礙變形的情況。所以,鋁合金車體在進(jìn)行焊接工作的時候,就會導(dǎo)致車體出現(xiàn)彎曲變形的情況,而對于這種情況,要進(jìn)行一定的控制,確保生產(chǎn)的車體尺寸不會和車體的原設(shè)計尺寸有著太大的出入。

        二、焊接變形的控制

        (一)隨焊變形控制

        隨焊變形控制,即在焊接過程中采取措施控制鋁合金變形的一種控制方法。目前,隨焊變形的控制方法主要有以下幾種:1.用冷卻法對焊接過程的溫度進(jìn)行控制;2.改進(jìn)工藝,降低傳輸?shù)戒X板上的熱量;3.改進(jìn)焊接順序,降低焊接過程造成的鋁板變形;4.采用合理的焊接方法,降低熱傳導(dǎo)。伴隨著MIG 焊技術(shù)的發(fā)展以及其成本的降低,MIG 自動焊已經(jīng)成為最普遍的焊接方法之一。然而,與其他焊接方法相比較,MIG 自動焊方法會產(chǎn)生較大的熱量,進(jìn)而造成更大的鋁板變形,因此在采用MIG 自動焊方法的同時,必須對焊接順序進(jìn)行改進(jìn),以降低鋁板變形。在采用改進(jìn)焊接順序控制變形程度方面,我國相關(guān)企業(yè)在進(jìn)行了大量的研究之后,焊接變形程度得以有效抑制。

        針對MIG 焊接方式會產(chǎn)生大量熱量的不足,攪拌摩擦焊以其較小的熱量傳輸優(yōu)勢獲得了越來越多的歡迎。攪拌摩擦焊的主要原理是將母材料焊接處的區(qū)域進(jìn)行加熱,使其產(chǎn)生軟化變形后將焊接板與模材料焊接起來的一種焊接方法。這種焊接方法的另一主要優(yōu)勢是可以得到與母材料性能相近的焊接頭,降低焊接頭對整體物理性能和化學(xué)性能影響。與此同時,針對任何鋁合金材質(zhì)的母板攪拌摩擦焊均適用,并且在該焊接方法中,母板的氧化膜會自動破碎,且母板材料在整個焊接過程均不會被融化,這降低了熱裂痕和氣孔等的生成概率。除此之外,攪拌摩擦焊的最大優(yōu)勢是可以降低熱量的產(chǎn)生,這對于降低材料的變形、焊接質(zhì)量的提高意義重大,因此軌道車輛制造企業(yè)對該焊接方法很青睞。

        (二)焊前變形控制

        概括起來,焊前變形控制方法分為三種:1.預(yù)拉伸法,其有加熱拉伸和機(jī)械拉伸兩種途徑;2.預(yù)變形法或者反變形法;3.剛性固定組裝法,采用夾具或剛性胎具等。通常情況下,大部件均采用整體反變形技術(shù)、壓鐵反變形技術(shù)、大剛度卡具防變形技術(shù)等。研究發(fā)現(xiàn),通過數(shù)值模擬計算和預(yù)拉伸焊接試驗的方法,能夠有效控制鋁合金焊接板縱向殘余應(yīng)力,此外平面變形以及縱向撓曲的程度也大幅度降低。在鋁合金車體生產(chǎn)的過程當(dāng)中,在橫向上壓驚鋁合金防止其橫向變形。但是僅僅通過這種措施是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的在剛性固定工裝完全松開之后,變形一定會反彈,如果這個時候再次實施焊接,反變形量還會加大,所以也需要實施預(yù)留反變形措施。簡單來說,當(dāng)焊完一側(cè)準(zhǔn)備焊另一側(cè)之前,要預(yù)留一定的反變形量。所以,控制焊接變形的關(guān)鍵在于二次焊接一定要預(yù)留反變形量。

        (三)焊后變形的控制

        所謂的焊后變形控制方法,其實就是指在對車體完成相關(guān)的焊接作業(yè)之后,再通過利用一些工藝,從而來實現(xiàn)改變在焊接作業(yè)當(dāng)中,所產(chǎn)生的焊接變形,改變焊接變形的方法主要分為以下幾種:1.機(jī)械調(diào)修方法;2.火焰調(diào)修方法;3.熱冷綜合調(diào)修方法。因為要進(jìn)行對于操作簡易程度、大部件變形情況以及生產(chǎn)成本的考慮,所以要進(jìn)行在焊接的過程中,進(jìn)行變形控制工作,而進(jìn)行控制,一般常用的方法就是火焰調(diào)修法。通過相關(guān)的實驗證明,這種材料的變形溫度要進(jìn)行控制在最高175℃,因為要是超過這個溫度,這種材料就非常容易產(chǎn)生變形。

        三、結(jié)語

        在鋁合金車體焊接時,呈現(xiàn)車體寬尺寸變大、車高尺寸變小的趨勢,根據(jù)實際情況來選擇合適工藝方法,進(jìn)行焊前尺寸控制,如果焊前車體尺寸與理論尺寸差值較大時,根據(jù)焊前組對尺寸,合理選擇預(yù)變形量,進(jìn)行預(yù)變形控制,達(dá)到焊后尺寸在一個合格的范圍之內(nèi)。減少焊后的調(diào)修量,降低車體殘余應(yīng)力,實現(xiàn)車體品質(zhì)控制。

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