鋁合金車頂自動焊焊接工藝及常見質(zhì)量問題

文/黃建劍

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鋁合金車頂自動焊焊接工藝及常見質(zhì)量問題

文/黃建劍

0　前言

鋁及鋁合金具有密度小、強度高和較高的延展性、易加工的性能，廣泛應(yīng)用于航空、航天以及軌道車輛制造業(yè)。其中，A6N01牌號鋁合金既有較高的強度、優(yōu)良的成形性能，又有良好的焊接性能，已廣泛用于中國鐵路車輛制造業(yè)和城市軌道交通設(shè)備制造業(yè)，是制造薄壁中空大型壁板型材的良好材料。焊接后，鋁合金強度均有一定程度的耗損，即焊后鋁合金強度低于焊前的。故焊接質(zhì)量關(guān)系著車體結(jié)構(gòu)整體強度和列車安全。而在鋁合金車體結(jié)構(gòu)中，自動焊焊縫占焊縫總量的60%以上，且都為長直焊縫，集中在受力關(guān)鍵部位。因此，鋁合金自動焊焊縫質(zhì)量至關(guān)重要?，F(xiàn)以CRH6型200公里城際動車組為例，介紹車頂自動焊焊接及其常見問題。

1　鋁合金車頂焊接

1.1車頂結(jié)構(gòu)

CRH6型動車車頂由5根長24米大型中空擠壓型材拼接組焊而成（如圖1），型材成分為A6N01S，熱處理方式為T5。型材兩側(cè)邊緣形式分公芽、母芽兩種，接口形式為對接，帶永久性墊板（如圖2）。型材以車頂縱向中心線左右對稱分布。

圖1　組裝示意圖（正裝）

圖2　接口形式

1.2焊接工藝

為滿足焊后車頂尺寸要求，車頂自動焊分正面和反面自動焊兩步，分別在正裝工裝和反裝工裝上進行焊接。焊接流程為：先將型材在車頂正裝工裝上組裝好，使用kemmpi焊機進行正反兩面定位焊，焊后刨平正面定位焊，開坡口，清理焊道，再使用IGM自動焊焊機從一位端向二位端進行焊接；然后同時焊接外側(cè)兩道，再焊接中間兩道；焊完正面，將車頂?shù)踹\至反裝工裝，采用相同方式焊接反面。

1.3焊接設(shè)備

設(shè)備為Rti456型IGM焊機，擁有主副兩個機械手，兩把焊槍，可同時焊接。機械手前端構(gòu)成為：探頭在前，焊槍在后，兩者相距80mm，中間為保護氣體出口。探頭通過激光掃描焊道（如圖3），將焊道信息反饋給控制器，控制器提前調(diào)整焊槍位置，保證焊槍始終對準(zhǔn)焊道根部。激光靈敏度高，可準(zhǔn)確識別坡口形狀，保證了焊接質(zhì)量。

2　車頂常見質(zhì)量問題

2.1焊縫焊偏

車頂自動焊跟蹤方式為激光跟蹤。車頂自動焊焊縫均為24米，焊機焊接量大，焊接產(chǎn)生的粉塵易吸附在激光頭前方的濾光片上，造成激光頭對坡口識別能力下降；點固焊縫坡口不直，坡口中心不居中、深度不夠，以及坡口清理不干凈，造成激光難以識別坡口形狀或識別的坡口形狀不對；坡口打磨方向不對，造成坡口過亮，紋路不符合要求。

焊前應(yīng)檢查濾光片，定期對激光探頭進行清潔；按工藝要求開坡口和打磨坡口；正式焊接前，先進行空走，確認(rèn)設(shè)備對焊道坡口的識別情況；正式焊接過程中，配備兩名焊工分別觀察主副手焊槍的焊接狀態(tài)，若發(fā)現(xiàn)焊偏，立即停止焊接，避免出現(xiàn)大焊偏，增加返修量或產(chǎn)品報廢的情況。

圖4　焊偏

2.2密集型氣孔

鋁合金焊縫氣孔主要是氫氣孔。氫在液體鋁和固態(tài)鋁的溶解度相差極大，而鋁導(dǎo)熱性極好，冷卻快，氫來不及逸出就會在焊縫里面形成氣孔。焊縫上的氣孔缺陷會減小結(jié)構(gòu)承載橫截面的有效面積，并且在缺陷周圍會出現(xiàn)應(yīng)力集中，降低焊縫強度。通常焊縫產(chǎn)生氣孔，主要原因是：電弧電壓不合理，焊槍角度不對，焊接環(huán)境濕度大、有風(fēng)，焊件表面有水漬、油污等，坡口表面有氧化膜、未清理干凈，保護氣體不純，焊機長時間停止工作后冷空氣進入送氣管路里等。

為了減少和避免氣孔缺陷，焊接時應(yīng)使用采用合理的焊接參數(shù)，嚴(yán)格控制焊接環(huán)境，工件、坡口要采用丙酮、鋼絲輪清理干凈，使用純度達標(biāo)的氣孔，焊前預(yù)送保護氣體。針對厚大件，可采用預(yù)熱方式延長熔池存在時間，使得氣體充分逸出。

2.3焊接裂紋

焊接裂紋是指金屬在焊接應(yīng)力及其他致脆因素共同作用下，焊接接頭局部區(qū)域金屬原子結(jié)合力遭到破壞而形成新界面所產(chǎn)生的縫隙。焊接裂紋是焊接結(jié)構(gòu)中危害性最大的缺陷，其減小焊接接頭有效工作截面、造成應(yīng)力集中、泄露等。鋁合金車體不允許有任何裂紋缺陷。

鋁合金車體焊接裂紋主要為熱裂紋。影響焊縫熱裂的因素有：鋁合金的化學(xué)成分，特別是低熔點化學(xué)元素S、P的含量過高，會增加熱裂傾向；焊接參數(shù)不合理；焊前焊道黑灰、油污清理不合格；接頭設(shè)計形式不科學(xué)；工件所受拘束力過大等。

為了預(yù)防和避免焊接裂紋，可通過以下方式處理如改善接頭形式，制定高標(biāo)準(zhǔn)，選取低S低P的鋁合金，采取合理的焊接電流和焊接速度，焊前清理要到位，盡量降低焊接約束，合理安排焊接順序，焊后及時進行去除內(nèi)應(yīng)力處理。

3　結(jié)論

鋁合金動車車頂型材焊接主要采用IGM自動焊焊接，焊接速度快，生產(chǎn)效率高，利于實現(xiàn)批量化生產(chǎn)。

自動焊焊接的焊縫都是關(guān)鍵焊縫。其易產(chǎn)生焊偏、氣孔、裂紋等缺陷，現(xiàn)場應(yīng)嚴(yán)格按照焊接參數(shù)要求執(zhí)行，并做好焊前清理，組裝好車頂各型材，加強自動焊焊工技能，以保證車頂焊接質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本。

作者簡介：黃建劍（1986-），男，工程師，本科，任職于中車廣東軌道交通車輛有限公司，從事動車車體鋁合金焊接質(zhì)量管理工作。