鋁合金城鐵車板梁結(jié)構(gòu)側(cè)墻焊接變形控制措施

張力輝

摘要：側(cè)墻作為鋁合金車體的重要部件，其尺寸、平面度對車門的安裝及整個(gè)車體的外觀有很大的影響，因此，如何控制側(cè)墻的尺寸及焊接變形是板梁結(jié)構(gòu)側(cè)墻焊接的重點(diǎn)和難點(diǎn)。本公司在北京機(jī)場項(xiàng)目中，通過預(yù)留收縮量，調(diào)整焊接順序，并結(jié)合過程監(jiān)控和調(diào)整焊接反變形量等措施較好的控制了側(cè)墻的焊接變形，保證了側(cè)墻的整體尺寸及平面度。

關(guān)鍵詞：鋁合金 ?側(cè)墻焊接 ?焊接變形

前言

鋁合金車體目前主要有以下幾種方式：一是板梁結(jié)構(gòu)鋁合金車體;二是型材結(jié)構(gòu)鋁合金車體，三是鋼、鋁混合結(jié)構(gòu)鋁合金車體，其中板梁結(jié)構(gòu)的車體能夠保持車體質(zhì)量最低，但缺點(diǎn)就是工藝復(fù)雜，焊接收縮量、變形量大[1]。

1鋁合金側(cè)墻焊接

北京機(jī)場側(cè)墻就是板梁結(jié)構(gòu)的側(cè)墻，根據(jù)整體寬度不同，可分為三種型號，最寬的側(cè)墻的寬度為6700mm（0，-3），有3個(gè)窗口，其余兩種側(cè)墻尺寸為2637.5mm（0，+2）、2433mm（0，+2），均有一個(gè)窗口。側(cè)墻組成由骨架組成、墻板及多種小件組成，其中骨架組成由門立柱、窗立柱、橫梁組成、橫梁、補(bǔ)強(qiáng)梁等6005A-T6型材拼焊完成。墻板由3.2mm厚的5086-H111鋁板機(jī)加完成。側(cè)墻組成的合成方式是骨架組成與墻板的搭接組焊，在骨架組成中的橫梁型材邊緣機(jī)加了多個(gè)長橢圓孔，實(shí)現(xiàn)骨架組成與墻板的焊接，骨架邊緣與墻板邊緣有5mm尺寸差要求，骨架窗口與墻板窗口邊緣的錯(cuò)邊量≤1.5mm。

1.1接頭形式、焊接方法及焊接材料

骨架組成的焊接采用3HV型對接接頭及a3角接接頭，側(cè)墻組成（即骨架組成與墻板的合成）均為z3的搭接接頭及部分塞焊焊縫，側(cè)墻上的安裝板及小件的焊接為3HV型對接接頭及z3的搭接接頭。側(cè)墻的焊接選用熔化極惰性氣體保護(hù)焊，焊接材料為直徑為1.2mm的ER5087鋁合金焊絲。

2 焊接變形分析

焊接過程是一個(gè)不均勻加熱的過程，當(dāng)焊接內(nèi)應(yīng)力達(dá)到材料的屈服強(qiáng)度時(shí)，就會使局部產(chǎn)生塑性變形，焊接量越大，焊接變形的趨勢就越嚴(yán)重。一是骨架組成焊接量大，橫向尺寸收縮。由于骨架組成窗口下端均為型材拼接s3HV焊縫及a3角焊縫，焊接量大，焊接后收縮大于窗口位置，導(dǎo)致骨架焊接后呈扇形（見圖2骨架組成），窗口下端尺寸超出圖紙要求尺寸公差，導(dǎo)致骨架邊緣與墻板邊緣的5mm尺寸公差也不能滿足圖紙要求。側(cè)墻合成過程中骨架與墻板合成焊接時(shí)，橫梁上有大量的長圓孔，此位置均是需要與墻板搭接焊接的位置（見圖1），導(dǎo)致側(cè)墻整體橫向尺寸的收縮。二是側(cè)墻撓度超差。安裝梁與骨架的焊接為s3HV焊縫，貫穿整個(gè)側(cè)墻，且焊縫長度約等于側(cè)墻寬度，此工序在工裝下完成，料件均處于自由狀態(tài);安裝板滑槽等小件的焊接均為塞焊及段焊（見圖1）均在工裝上完成，焊后整體撓度超差，且窗下橫梁位置較大，最大位置超差為17mm。

3 焊接變形控制措施

由于整個(gè)側(cè)墻板長度過程，焊后矯正的難度非常大，為了保證整個(gè)側(cè)墻的尺寸公差，必須在焊接過程中就嚴(yán)格控制上述的各類變形，主要控制措施有以下幾方面：

1、預(yù)留收縮量

骨架組對時(shí)，在保證根部間隙滿足焊接工藝要求的前提下，窗下的橫梁都增加了1mm工藝方長量，使得窗下橫梁處的組對寬度尺寸大于窗口處寬度尺寸，通過預(yù)留收縮量，可以補(bǔ)償因s3HV焊縫引起的橫向收縮變形，彌補(bǔ)焊后窗下橫梁的收縮，從焊后尺寸檢查結(jié)果看出，窗下橫梁出尺寸能控制在公差范圍之內(nèi)。

2、焊接順序調(diào)整

骨架的焊接：在骨架組焊工裝上先完成窗口周圍的四條焊縫，再焊接窗口下端橫梁焊縫，由中心橫梁向兩端焊接，紅色箭頭指示位置的焊縫不焊接（見圖2），測量墻板窗口中心距尺寸，與骨架窗口中心距匹配好之后，完成窗口之間橫梁的焊接，將紅色箭頭指示位置用撐子進(jìn)行支撐，最后完成紅色箭頭指示位置的焊接，此種焊接方式有效的解決了焊后收縮呈扇形的問題。兩端黃色箭頭指示的門立柱與橫梁僅進(jìn)行點(diǎn)固焊，不進(jìn)行焊接，骨架下工裝，完成骨架正裝面窗口處的焊縫的焊縫。

合成焊接：將墻板平鋪到合成工裝，將骨架放置到墻板上，以中心窗口位置為基準(zhǔn)，調(diào)整骨架與墻板的相對位置，由中心向兩端完成塞焊的焊接，最后焊接黃色箭頭指示的門立柱與橫梁的焊接，通過研配橫梁長度，保證墻板與骨架組成相差5mm的尺寸要求。

3、剛性夾緊并預(yù)制焊接反變形

安裝梁、槽鋁小件的全部調(diào)整到在合成工裝上完成，并在安裝板、滑槽等小件點(diǎn)固好后，在窗口圖示紅色箭頭區(qū)域的窗口下端及兩側(cè)立柱制作8-15mm的反變形，之后將夾具壓緊。使焊后撓度超差現(xiàn)象有很大改善，僅局部超差，最大為8mm，減小了調(diào)修的工作。

4、結(jié)論

本文總結(jié)了板梁結(jié)構(gòu)側(cè)墻焊接過程中能有效控制側(cè)墻尺寸、側(cè)墻焊接變形的一系列措施，為今后工作中更好的控制產(chǎn)品焊接質(zhì)量積累了經(jīng)驗(yàn)，具體如下：

（1）預(yù)留收縮量，可有效的控制橫梁型材間對接接頭的收縮變形。

（2）剛性夾緊并預(yù)制焊接反變形，有效限制焊接過程中變形的程度。

（3）調(diào)整焊接順序，并將部分焊縫用撐子進(jìn)行支撐焊接，有效控制了焊接收縮，保證了側(cè)墻組成的尺寸要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]王炎金 鋁合金車體焊接工藝 [J]機(jī)械工業(yè)出版社2009.12

[2]李亞江 焊接缺陷分析與對策 [J]化學(xué)工業(yè)出版社 2013.10