郑诗航1 姜焕利2 庞明仁3 罗鹏4 朱宝利5 李玉璐6
中车唐山机车车辆有限公司 唐山市丰润区厂前路3号 064000
摘要：本文以速250公里中国标准动车组地板焊接为研究对象，从激光模板的调整、焊接程序的优化、焊接工艺参数优化和工件准备质量提升等方面，对地板生产时出现的焊接跑偏、焊穿等问题进行了系统的分析解决，最终得到一套完整的地板生产工艺，不仅提升了地板质量，而且提高了生产效率，保证了地板的批量生产。
关键词：地板 自动焊
0 引言
铝合金具有密度小、耐腐蚀性好、比强度高、加工与塑性好等特点，尤其是中强铝合金在轨道车辆铝合金车体生产中获得了广泛应用[1]。我公司近期在生产时速250公里中国标准动车组地板焊接过程中由于设备及环境影响，造成地板焊缝产生焊穿、焊偏缺陷，对于这种高质量高要求的焊缝来说，无论从焊前准备到焊接过程的控制以及参数的设置等与一般焊缝相比将更加严格仔细。标准动车组车体采用中空铝型材组焊而成，在生产过程中必须严格控制重要部件的质量[2-5]。针对时速250公里标准动车组地板结构和焊缝形式的特点，如何能够保证每条焊缝焊后高质量、高效率、无返修成为关键。通过时速250公里标准动车组地板焊接工艺方案的研究和操作方法的总结，也为以后类似焊接结构提供借鉴。
1 地板焊接简介
地板由5块大长型材及左右底架边梁组焊而成，中间5块为地板型材，焊缝形式为4V对接，两侧的2块型材为底架边梁组成型材，边梁与地板的连接形式为插接结构，将地板型材插入到边梁型材的开口中，焊接a5搭接焊缝。型材采用EN—AW 6005A铝合金大尺寸空心型材，供货状态为T6状态，即固溶处理之后进行人工时效，属于热处理强化铝合金[6]。焊接采用IGM双枪双丝焊接机械手，焊前清理完毕后进行点固，按照先中间后两边的顺序进行焊接。
2现状及原因分析
试制的首辆车生产过程中出现多处返修，且缺陷种类大多为焊穿和跑偏缺陷，从现场焊缝破口角度和间隙上满足焊接要求，与操作工操作因素及设备因素影响较大。
焊接方向从二位端向一位端，焊接地板正装两侧焊缝时，在距离二位端9476mm处，设备发生故障，焊接机械手突然停止运行，操作工立即按下停止按钮，二位侧焊枪电弧停下，而一位侧焊枪电弧在延迟数秒后才停止焊接，造成正装地板和反装地板焊穿，正装缺陷大约为20mm*30mm，反装缺陷大约为10mm*10mm。
产生焊穿缺陷的原因主要如下。
设备在焊接过程中，当主手或者副手的工控计算机死机时，伺服系统接收不到继续行走的指令，会停留在当前位置，此时操作者按停止或者急停按钮，伺服驱动由于有ESC控制板反馈急停信号（不受计算机控制），会处于紧急停止状态，驱动关闭；负责给焊机指令的MFC多功能板在正常情况下应该发送停止焊接指令至焊机，从而停止焊接，而计算机已经死机，无法完成发送停止焊接指令这一步操作，于是就造成了拍下急停按钮焊机未停止焊接的现象。在IGM新版设备（包括同轨道上的单丝设备以及东区所有IGM设备）中，已经增加了电气互锁装置，拍下急停后驱动关闭，同时会关闭焊机后的BK5200通讯模块的电源，从而实现电气上停止焊机的目的。
3 质量提升措施
通过之前曾出现的问题进行总结，在焊前准备和规范操作的原有基础上，通过改变激光模板、设备程序、提高段焊打磨质量、焊接收弧电流调整、改进段焊的分布和数量等等，能够有效的提高IGM自动焊焊缝质量，具体操作如下：
根据时速250公里中国标准动车组Tc01车车体结构性能有限元分析报告中计算结果。根据计算结果分析，第五工况下最大应力区域为裙板底部，地板上最大应力值约为71MPa。结合以计算结果显示得出以下结论，在地板搭接及对接焊缝不处于高应力集中区域，地板上最大应力值约71MPa。可对焊穿区域进行返修。
3.1 调整激光模板
增加激光模板工作范围设定，将激光信号的采集区域限定在焊缝及两侧10mm范围内，一旦出现跑偏激光就会超出工作范围而无法发现焊缝，最后停止焊接，从而避免跑偏，尤其可以避免焊穿缺陷。
3.2 程序修改
对IGM设备进行改造，修改PLC程序，并对通讯模块增加电气互锁功能。
3.3 提高段焊打磨质量
提高地板点固段焊的打磨质量，段焊开槽要与两侧焊缝坡口圆滑过渡，尽量保持段焊开槽角度与焊缝坡口角度一致、深度一致，段焊余高磨平后要对段焊质量进行自检并避免以下问题。
3.4 调整收弧电流
对焊机收弧电流进行了调整，收弧衰减时间减小为原来的一半，收弧电流降低了约25%，从而尽量避免因激光原因造成停枪时引起的焊洇、焊穿问题。
3.5 调整段焊位置及数量
因为地板为多条长大型材拼接，为了减小装配难度目前采用零间隙焊接，但存在因焊接收缩造成两侧型材骑在一起从而造成错边及焊接缺陷的问题。原点固方式为每道焊缝均在同一位置点固图，正装中间两条焊缝与外侧两条焊缝的点固位置交错分布，反装点固位置与正装点固点相互补位。同时将正装每条缝上的点固点之间的距离放大为1500mm，增加了原来的50%，每条焊缝点固17个点。由于反装点固点刚好补位在正装点固之间，因此实际点固点之间的距离相当于750mm，减为原来的75%。不仅减少点固点30余个，同时正装和反装点固位置互补，从而减小了实际点固点之间的距离。
3.6 清理激光镜片
每道焊缝焊接后，下一道焊缝焊接前，对激光镜片进行清理，避免因镜片模糊，造成大部件焊穿问题发生。
4 结论
本文对时速250公里中国标准动车组地板焊接影响焊缝质量的一些问题进行了归纳总结分析，并提出了预防措施和处理方法。同时，依据修改激光模板和设备程序等来论证文中措施、方法的有效性。其中试制后期车辆均达到无返修，8条焊缝一次通过。这说明在实际生产中这些措施和方法对无论从焊缝质量还是从焊后内部残余应力来说都是行之有效的。通过此论文研究，能够大大降低铝合金焊接缺陷产生，对提高焊接质量有很大帮助。但是，作为高质量的地板a5和4V焊缝的IGM焊接是一项复杂的操作技术和工艺，影响其质量的因素多种多样，本文只对一些常见问题进行了简单概括，对于实际生产中的一些特殊问题和细节并未涉及，这些问题还应继续研究，为以后相关焊接形式提供借鉴。
参考文献：
[1]姜澜．王炎金，王字新．等．高速列车用6005A铝合金焊接接头组织与性能研究[J]．材料与冶金学报，2002，1(4)：302-306
[2]韩德成，丁见，郭强军，等．高速动车组铝合金牵引梁焊接变形控制[J]．电焊机，2015，45(11)：155—157．
[3]范富君，邹侠明，于红，等．高速动车组车体地板组焊工艺研究[J]．热加工工艺，2013，42(15)：220—223．
[4]李会，王陆钊，李聪，等．端墙轮廓尺寸研究与控制[J]．电焊机，2013，43(3)：57—60．
[5]吴振华，尹德猛，陈晓霞，等．动车组底架边梁焊缝x射线探伤检测技术[J]．电焊机，2013，43(7)：96—98．
[6]刘春宁，唐衡郴，王陆钊，尹德猛，田忠利，褚宏宇.轨道车辆用铝合金自动焊搭接接头裂纹研究[J]．电焊机，2011,11（41）:39-43
作者简介：郑诗航，男，工学学士学位，工程师，主要从事轨道车辆现场生产技术指导工作。曾参与制造多种车型的车辆生产技术制造工作。现担任中国中车唐车公司制造技术中心侧墙部位主管职务。