铝合金车体焊接工艺与加工工艺的探究.docVIP

　　【摘要】本文论述了我国目前高速动车组铝合金车体的焊接特点，焊缝形式，不同部位的焊接形式要求，焊缝质量控制，焊接后对强度的要求及对焊接变形采取的调修措施。加工方面主要论述了铝合金加工特点、加工重要性及难点、龙门式高速加工机床、刀具的材料和铣削方式的选择、轮廓加工中的进刀方式等，铝合金车体部件加工因其材质和尺寸的特殊性，需要加工设备的加工行程满足要求，一些部件还需要三轴及以上的设备来完成。加工过程需要的的程序和刀具具有特殊性。 　　【关键词】铝合金；焊接；焊接变形；调修；加工中心；龙门机床；刀具 　　一、引言 　　目前我国高速动车组使用的车体绝大部分是铝合金的，其好处是可以减轻车体重量，可以有效降低车体运行噪音，可以保证车体的密封性从而提高旅客的舒适度。铝合金车体制造的工艺难点集中在焊接和加工上，焊接是将各部位连接成形的重要手段，是车体强度的保障，针对不同的部位，不同的板厚必须采用不同的焊接形式，对于焊缝的受力情况给予不同的处理方式，有的需要PT（pene-tration test），有的需要RT（Non destructive test X-Ray）等等。焊接完成后的部件绝大多数会发生变形，一些经过调修后可以转入下道工序，一些部件无法调修，就需要焊前做好反变形，最大限度减小焊接引起的变形量。 　　铝合金车体部件的加工最大的特点是针对焊后变形的部件进行加工，这就需要先测量焊接完成后部件的变形量在进行加工，目的是满足加工后的尺寸及强度要求，一些部件由于其尺寸较大，加工必须在专用的设备上完成，例如侧墙、底架、车体等；加工所使用的刀具必须满足铝合金材质加工要求。铝合金加工以型材加工和板材加工加以区分，型材加工的特点是加工震动大、工装压卡干涉多；空心型材在加工过程中容易将里面的筋撕扯坏，所以加工时必须采用特殊方法，即螺旋铣削法，厚度不同其加工的参数也不同，板材加工较为容易。 　　二、铝合金车体部件的焊接特点 　　铝合金焊接特点： 　　铝合金制品具有质轻、美观和耐蚀性好等特点，无疑已成为高速列车车体的首选材料，但是由于铝合金的弹性模量只有钢的1/3左右，铝合金构件焊后失稳变形问题尤为突出。 　　1.铝合金的焊接性 　　（1）铝与氧的亲和力很强 　　在空气中极易与氧结合生成致密而结实的氧化铝薄膜，厚度约为0.1μm，熔点高达2050℃，远远超过铝及铝合金的熔点，而且密度很大，约为铝的1.4倍。在焊接过程中，氧化铝薄膜会阻碍金属之间的良好结合，并易造成夹渣。氧化膜还会吸附水分，焊接时会促使焊缝形成气孔。这些缺陷，都会降低焊接接头的性能。为了保证焊接质量，焊前必须严格清理焊件表面的氧化物，并防止在焊接过程中再次氧化，对熔化金属和处于高温下的金属进行有效地防护，这是铝及铝合金焊接的一个重要特点。具体的保护措施是： 　　焊前使用机械打磨或化学方法D40清除工件坡口及周围部分的氧化物； 　　焊接过程中要采用合格的保护气体进行保护（例如99.99%Ar）。 　　（2）铝的导热率和比热大，导热快 　　尽管铝及铝合金的熔点远比钢低，但是铝及铝合金的导热系数、比热容都很大，比钢大一倍多，在焊接过程中大量的热能被迅速传导到集体金属内部，为了获得高质量的焊接接头，必须采用能量集中、功率大的热源，8mm及以上厚板需采用预热等工艺措施，才能够实现熔焊过程。 　　（3）线膨胀系数大 　　铝及铝合金的线膨胀系数约为钢的2倍，凝固时体积收缩率达6.5%～6.6%，因此易产生焊接变形。防止变形的有效措施是除了选择合理的工艺参数和焊接顺序外，采用适宜的焊接工装也是非常重要的，焊接薄板时尤其如此。另外，某些铝及铝合金焊接时，在焊缝金属中形成结晶裂纹的倾向性和在热影响区形成液化裂纹的倾向性均较大，往往由于过大的内应力而在脆性温度区间内产生热裂纹，这是铝合金，尤其是高强度铝合金焊接时最常见的严重缺陷之一。在实际焊接现场中防止这类裂纹的措施主要是改进接头设计，选择合理的焊接工艺参数和焊接顺序，采用适应母材特点的焊接填充材料等。 　　（4）容易形成气孔 　　焊接接头中的气孔是铝及铝合金焊接时极易产生的缺陷，尤其是纯铝和防锈铝的焊接。氢是铝及铝合金焊接时产生气孔的主要原因，这已经为实践所证明。氢的来源，主要是弧柱气氛中的水分、焊接材料及母材所吸附的水分，其中焊丝及母材表面氧化膜的吸附水分，对焊缝气孔的产生，常常占有突出的地位。 　　铝及铝合金的液体熔池很容易吸收气孔，在高温下溶入的大量气体，在由液态凝固时，溶解度急剧下降，在焊后冷却凝固过程中气体来不及析出，而聚集在焊缝中形成气孔。为了防止气孔的产生，以获得良好的焊接接头，对于氢气的来源要加以严格控制，焊前必须严格限制所使用的焊接材料（包括焊丝、焊条、熔剂、保护气体）的含水量，使用前要严格进行干