淺談鋁合金車頂火焰調(diào)修技術(shù)

鄒世拓

摘要：為了使人們出行更便利，實現(xiàn)軌道車輛的高速運行，有必要在車體的設(shè)計制造中采用鋁合金材料.鋁合金車體的最大優(yōu)點是工藝性好、重量輕、耐腐蝕、減少運行成本和維護成本。本文主要針對鋁合金焊接特點及焊接變形量等方面介紹了鋁合金車頂焊接后變形的控制、矯正，并且通過火焰調(diào)修和機械矯正相結(jié)合的辦法進行解決，使車頂內(nèi)部高度尺寸達到標準。

關(guān)鍵詞：鋁合金；焊接；變形；火焰調(diào)修

引言

鋁合金車體項目在實際生產(chǎn)中，由于鋁合金本身焊接應(yīng)力大的特點，加上車頂結(jié)構(gòu)有閉式空型材機構(gòu)及開式板梁型結(jié)構(gòu)，使得焊后幾何尺寸發(fā)生變化，造成車頂兩端撓度上翹，內(nèi)部高度低難以達到標準尺寸.所以，在實際生產(chǎn)中，這些問題的解決成為了生產(chǎn)的關(guān)鍵。

一、鋁合金結(jié)構(gòu)焊接特點

1.1 鋁合金分類

a.可熱處理合金

該類合金是通過加工強化和固溶強化來獲得所需要的強度。

b.不可熱處理合金

材料的強度和硬度依靠合金成分和熱處理（固溶處理和淬火+自然或人工時效處理生成的細小彌散強化）獲得。

1.2 鋁合金的物理、化學性能

通過表格可以看出，鋁合金的線膨脹系數(shù)最大，是鋼的 1 倍，比熱大，是鋼的 2 倍，密度小，晶型是面心立方，沒有同素異構(gòu)的轉(zhuǎn)變，塑性好，無低溫脆性轉(zhuǎn)變，但強度比較低。鋁的導(dǎo)熱系數(shù)很大，在相同的工藝條件下，鋁熔合區(qū)的冷卻速度是高強鋼的 4-7。

1.3 鋁及鋁合金的線膨脹系數(shù)約為碳素鋼和低合金鋼的兩倍。所以，鋁凝固時的體積收縮率較大，焊件的變形個應(yīng)力較大，因此，需要采取預(yù)防焊接變形的措施。鋁及鋁合金的材料特點及焊接特點決定需要采用比較大的熱輸入量的焊接規(guī)范進行焊接，從而導(dǎo)致鋁合金結(jié)構(gòu)焊接后變形量大，線性尺寸不易保證，焊后需要進行調(diào)修才能滿足結(jié)構(gòu)要求。

二、鋁合金結(jié)構(gòu)焊后火焰調(diào)修技術(shù)

火焰調(diào)修是利用金屬具有熱脹冷縮性質(zhì)，對焊后變形構(gòu)建進行反變形的一種方法。影響火焰調(diào)修效果的因素主要是火焰熱量和火焰加熱位置。一般來說，熱量越大，矯正能力越強，但熱量過大會造成結(jié)構(gòu)性能的下降，對于鋁合金來說，火焰調(diào)修溫度控制在 175 攝氏度左右，這個溫度對焊接結(jié)構(gòu)的硬度跟強度都不會產(chǎn)生太大影響。溫度超過 200 攝氏度，焊接結(jié)構(gòu)的硬度明顯降低，拉伸斷裂處隨加熱溫度的升高方向移動。

火焰調(diào)修是目前鋁合金機構(gòu)焊接焊后調(diào)修中應(yīng)用廣泛的一種調(diào)修方式。是基于德國鋁合金焊接調(diào)修成熟的工藝技術(shù)上，結(jié)合實際工藝特點指點的一套鋁合金焊接后的火焰調(diào)修技術(shù)工藝參數(shù)。調(diào)修過程

中的溫度控制十分重要，我廠通常采用氧-乙炔焰進行調(diào)修。烤槍火

焰與工件角度一般在 75 度到 80 度之間，調(diào)修溫度一般控制在150 攝氏度到 180 攝氏度之間，但對于變形量比較大的結(jié)構(gòu)，溫度會適當提高，對于操作者的經(jīng)驗，技術(shù)要求很高，烤槍走向及火焰高度也十分重要。

三、鋁合金車頂調(diào)修具體操作

3.1 鋁合金地鐵A型車車頂易出現(xiàn)狀況：由于車頂全長 21M，正裝焊接小件較多，焊后應(yīng)力集中導(dǎo)致車頂一二位端出現(xiàn)翹頭現(xiàn)象，并且極難矯正，常用方法效果甚微，若火焰調(diào)修溫度過大還會影響整塊車頂強度。

車頂合成工裝改變.使合成組對順序改變，先組對頂板，車內(nèi)無頂板支撐，焊后導(dǎo)致車頂內(nèi)高低，由于車頂板為攪拌摩擦焊的焊接形式，焊縫特殊按正?；鹧嬲{(diào)修內(nèi)高無明顯效果；

3.2 制作制作車頂正裝反變形下拉保護墊板車頂正裝小件焊接前需要車頂兩端各下拉 60mm 預(yù)制反變形撓度，

由于正裝工裝較低下拉力較大，預(yù)制撓度要使用手拉葫蘆，手拉葫蘆為鋼鏈拉動形式鋼鏈分布在整個車頂上，拉動時鋼鏈移動易劃傷車頂園頂板和車頂邊梁擋水板。根據(jù)圓頂板結(jié)構(gòu)和受力情況制作保護墊板，防止車頂下拉時手拉葫蘆鋼鏈對車頂板產(chǎn)生劃傷

3.3 調(diào)修方案：由于車頂變形問題比較特殊，所以采用兩種調(diào)修方法為一體。

具體操作步驟如下：

1.焊接正裝小件時由于焊接應(yīng)力較大，會使車頂一二位端出現(xiàn)翹頭。用手拉葫蘆將車頂兩端各下拉 60mm 預(yù)制反變形撓度.待正裝完成所有焊接后，調(diào)修時將手拉葫蘆松開。

2.火焰調(diào)修時火焰采用藍細火焰，乙炔放出量減小氧氣放出量加大，火焰呈現(xiàn)藍細狀態(tài)，由于火焰細溫度集中擴散能力小，調(diào)修時避免了焊縫兩側(cè)車頂板鼓包現(xiàn)象。

3.降低運行速度，在火焰加熱焊縫時降低火焰運行速度，由于攪拌摩擦焊焊縫為立筋式結(jié)構(gòu)焊縫厚度大，降低運行速度使加熱溫度完全滲透，上下溫度均勻保持在 150-180℃。

4.車內(nèi)加輔助支撐，調(diào)修前在車頂中央部位加支撐桿，預(yù)制向上的撓度，頂板加熱后在支撐力的作用下內(nèi)高提升幅度加大，冷卻后在支撐力作用下回彈較小，從而保證了車頂內(nèi)高公差在（552+3）（552-3）

5.采用線型加熱法，對焊縫邊緣棱線位置加熱，溫度控制在 150 攝氏度以下，調(diào)修方向為，由變形處向一位端烤修：①先加熱中間板焊縫處；②再加熱兩側(cè)型材棱邊處；③最后加熱型材外棱線處。

6.待車頂自然冷卻后，與樣板進行比對，經(jīng)確定尺寸后，依次進行逐次調(diào)修，可視實際情況決定調(diào)修次數(shù)，通常需要 3 次反復(fù)火焰烤修操作。

四、結(jié)束語

經(jīng)過上述的調(diào)修方式，最終滿足工藝要求和尺寸公差。使用了新的調(diào)修方法解決了鋁合金車頂板為攪拌摩擦焊的焊接形式調(diào)修困難，內(nèi)高難以達到要求，同時大大提高了產(chǎn)品的質(zhì)量.同時也為后續(xù)生產(chǎn)同類型車打下良好的基礎(chǔ)。

參考文獻

[1]王炎金.鋁合金焊后火焰調(diào)修技術(shù).機械工藝出版社

[2]奚國華.鋁合金車體焊接工藝.機械工藝出版社

（作者單位：中車長春軌道客車股份有限公司）