车体铝合金焊接技术研究

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车体铝合金焊接技术研究

陈树青 刘安頔 杨星

中车青岛四方机车车辆股份有限公司 山东 青岛 266111

摘 要 随着近些年轨道行业的快速发展，高速动车组车辆及城市地铁车辆成为人们出行必不可少的交通工具。铝合金作为性能优良的轻量化材料，越来越多地被应用在轨道车辆上，最典型的就是铝合金车体的应用。而铝合金焊接技术的研究为车体结构性能的保证提供了帮助，本文针对轨道车辆车体铝合金材料的特性进行分析，研究铝合金焊接技术的应用，为车体铝合金焊接质量的保证提供技术参考。关键词 轨道车辆；铝合金车体；焊接技术；质量保证

1  研究背景

随着近些年我国经济的快速发展，轨道行业也在飞速迈进，尤其是近些年“八纵八横”、“一带一路”战略的提出，加上城市路上交通的拥堵，使中长途运输的动车组列车以及城市交通的地铁车辆都在不断增加，使我国铁路运行网达到了空前的规模。轨道车辆中车辆轴重一直是各大轨道车辆厂关注的重点，过大的轴重对车辆以及轨道线路都会带来风险，而使用轻量化的材质是减少轴重的必要手段。铝合金作为性能优良且技术成熟的轻量化材质，被广泛用于轨道车辆，尤其是车体部件，如图1所示[1]。

氧化形成致密的氧化膜，虽增加了材料的耐腐蚀性但是影响了铝合金的焊接性能；热导率和比热容都较大，导致热量被快速传递，加上线性膨胀系数较大，导致很容易出现局部温度升高导致应力增大产生焊接裂纹；铝合金焊接过程中会产生大量气体导致焊接接头出现气孔缺陷。

3.2 铝合金焊接技术保证虽然铝合金在材料特性上具有很多优势，是作为轨道车辆车体的优质材料，但是铝合金焊接过程仍存在许多问题。铝合金焊接前首先将焊接表面的氧化膜、潮气和油污清理洁净，并重点控制焊接环境防止在焊接过程中再出现氧化。在焊接过程中避免焊接中断，保证熔池高温时长，确保焊接气体的排出以免出现气孔。针对铝合金焊接会出现裂缝问题，建议在材料选型的过程进行控制，并优化结构设计，避免局部温度过高产生裂纹。

3.3 焊接人员培训焊接技术的保证需要焊接技术人员整体操作能力的提升。作为高难度的焊接技术，操作人员需要具有资质才能上岗。资质分为理论学习与实践操作两个方面，理论学习包括员工对铝合金焊接基本技能的理论掌握，特种设备的操作要求掌握以及必要的安全等方面的理论学习。实践操作是确认员工具有理论能力的基础上具有实际动手能力，一般采用员工单独作业考试作为依据[3]。

4  结束语

铝合金凭借其质量轻、耐腐蚀性好、外观状态易处理等优点成为轨道车辆车体的首选。铝合金材料分为5000系列、6000系列、7000系列组成，各系列存在些许差异，根据车辆实际情况选用。铝合金材质虽然具有许多作为车体材质的优势，但是铝合金焊接一直是重难点。由于材质特性导致焊接时会出现焊接不良、气孔、裂纹等问题，采用适当的焊接操作，如焊前清理氧化膜，保障焊接熔池温度等手段能够有效保障铝合金焊接的质量。参考文献

[1] 周万盛,姚君山.铝及铝合金的焊接[M].北京:机械工业出版社,2006:101.

[2] 黄望福,黄金刚.铝及铝合金焊接指南[M].长沙:湖南科学技术出版社,2004:274.

[3] 王元良,屈金山.铝合金焊接性能及焊接接头性能[J].中国有色金属学报,1997,(1):69-74.

图1 铝合金车体

2  铝合金材料

车体材质通常分为碳钢材质、不锈钢材质以及铝合金材质。碳钢材质制造的轨道车辆车体耐腐蚀性差，表面平整度及降噪效果都到不到理想状态；不锈钢材质较碳钢材质耐腐蚀性大大提升，但是由于不锈钢导热性差，焊接工艺偏差，导致车体密封性较差，多应用在低速车辆中，且碳钢与不锈钢车体偏重，使轴重增加；铝合金材质具有质量轻、耐腐蚀性好、外观状态易处理等优点，被大量车辆厂应用，尤其使高速动车组列车车体。目前轨道车辆的铝合金车体主要有5000系列、6000系列、7000系列组成。5000系列铝合金指的是Al- Mg合金，由于Mg的增加铝合金材料的抗拉强度；6000系列铝合金指的是Al- Mg-Si合金，主要含有Mg、Si金属，是热处理强化性铝合金，具有优良的挤压性、耐蚀性、焊接性、具有较高的强度；7000系列铝合金指的是Al-Zn-Mg 合金，此系列分Al-Zn-Mg-Cu合金和不含Cu的Al-Zn-Mg合金，二者均为热处理强化性铝合金而后者焊接性较好，被广泛应用于轨道车辆制造过程[2]。3  铝合金焊接技术

3.1 铝合金焊接难点

由于铝合金中铝元素与氧亲和力很大，很容易在空气中被

70  科学与信息化2019年12月下