高斌 高洪山 郭丙全 张子伟
（中车青岛四方机车车辆股份有限公司，山东 青岛 266111）
摘要：随着经济的迅猛发展，人们的出行方式也在逐渐发生变革，地铁列车已经成为大众的首选交通工具。现阶段我国地铁列车多为铝合金车体，其车身焊接过程存在众多缺陷，车身部分区域难以焊接，为提高焊接质量，本文对铝合金车体中局部区域进行焊接优化。
关键词：铝合金车体、缺陷、焊接优化
1 前言
随着我国经济的高速发展以及人们对时间利用率的高度重视，地铁列车已经逐渐成为人们的首选交通方式。地铁具有快速平稳、安全准时等优点，因涉及到轻量化，我国地铁大部分为铝合金车体。铝合金焊接材料主要有五系、六系和七系。铝和铝合金熔点低（纯铝660℃），极易氧化成,熔点高（2050℃），性能稳定。其焊接方式有两种，一种是熔化极气体保护焊（MIG焊），另一种是非熔化极惰性气体保护焊（TIG焊）。
铝合金车体极易产生焊接缺陷，如气孔、裂纹、夹渣、未熔合、未焊透等，产生焊接缺陷的原因主要有原材料问题、焊前处理、焊接手法、工艺参数匹配性等。根据车体结构的不同，其产生的焊接缺陷也不一样，这些缺陷会导致车体存在安全隐患，因此对铝合金车体焊接方式的研究十分必要。本文针对铝合金车体部分焊接区域进行焊接手法优化，提高焊接质量。
2 铝合金帽型梁起弧收弧处焊接手法优化
铝合金热导率高，焊缝金属凝固，在起弧收弧处易形成“疙瘩”状焊瘤。且帽型梁都带有直角边，在此处起弧收弧，极易形成熔合不良，外观疑似裂纹，多次引起质检及监造的质疑。为解决这个问题，改变起弧收弧位置，在帽型梁的直角边处增加热输入量，使其充分熔合。增加热输入量的方式有两种：一种是提前预热，另一种是提高焊接参数。因帽型梁在铝合金车体的各个大部件中分布较多，可谓点多面广，若一一预热，严重降低生产效率，且易引起中薄板的变形，影响装配质量。若提高焊接参数，如加大电流电压，可能会违反焊接工艺规程，还有各种板厚组合，可能会造成局部板材的焊穿，并未起到提高焊接打磨质量的目的，因此在实际操作中，这两种方法均不可取。
综上所述，为了较好的解决上述问题，改变起弧收弧位置，利用焊接运丝手法，增加热输入量，使帽型梁的直角边充分熔合，且起弧收弧处不在焊缝的端部，而是在距端部35mm左右起弧，利用这段焊缝的热量充分熔合帽型梁的直角边，在焊道端部时，采用平转立的手法，焊枪上挑，将直角边处充分熔合，在焊到端部时，焊枪上挑的动作完成后转为左焊法，当焊枪运行至帽型梁的另一端时，焊枪继续上挑，使直角边处充分熔合，然后回焊30mm左右，完成收弧动作。这样完成整条焊缝的焊接，且收弧处不在端部，易于打磨，降低了打磨伤母材焊缝的几率。
该种焊接手法的改善，使铝合金车体帽型梁（C型）焊接合格率从91.3%提高到99.6%以上，解决了实际生产问题。
3顶棚中立柱补强焊缝焊接手法优化
某车型顶棚中立柱补强焊缝空间相对狭小，焊缝集中，焊接结束后，发现在焊缝起弧收弧位置出现大面积点状缺陷，很难清理补焊，且补焊后打磨易伤及母材，严重制约生产进度。
中立柱补强板与顶棚弯梁连接，此处焊缝均为薄板焊接，弯梁厚度为3mm，三角补强板与侧面补板均为4mm，假设三角补强板与弯梁为1号焊缝，圆管与弯梁为2号焊缝，侧面补板与弯梁为3号焊缝，整体焊缝形状类似于U形。焊接时，1号焊缝与2号焊缝连为一体，成为一条焊缝，一次焊接完后类似于L形，3号单独焊接，这3条焊缝起弧与收弧位置重合，极易产生焊接缺陷。
通过大量实验分析发现以下3种解决措施：
1.优化定位焊。避免在U型焊缝位置进行定位焊，控制因定位焊及清理不良产生缺欠的可能，将定位焊改在其它方便清理打磨的位置。
2.优化焊接工艺规程，制作工具试件。优化前焊接工艺规程参数如下表1所示。优化后的WPS电流可以选择100-120A，电压可以选择20-21V，这样就可以将三条焊缝整合成一条焊缝，无需考虑是否超出焊接工艺规程，也无需在较小的焊接区域内多次起弧收弧操作，减少了焊接缺陷的产生。
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3.优化焊接操作手法。在整个焊接区域内焊缝类似于U型，可以看出，该焊缝可以一次焊接完成，只需手法熟练，焊接效果就可以满足要求。此种焊接手法，在起弧收弧位置均预留了打磨余量，起收弧位置的焊接缺陷均可以打磨去除，保证了一次探伤通过率。
4底架地板IGM焊接变形及尺寸控制
某地铁地板焊后宽度尺寸为mm，试验车体焊接后，测量车宽尺寸为3170mm，已达地板尺寸下线值。经多方查证分析发现:一般车型的地板厚度为4mm，而该种车型的地板厚度为6mm，为了填满坡口，自动焊设置的焊接速度为55-65cm/min，焊接速度慢，热输入量大，焊后收缩量加大。而工艺放量仅有12mm，很难达到焊接要求。按照一般车型的生产模式，由一位端向二位端进行定位焊，定位焊长度为80-100mm，定位焊间距为500-2500mm，定位焊完成后，该种车型的地板宽度尺寸将无法满足工艺要求。
通过大量实验分析发现以下4种解决措施：
1.优化定位焊顺序。从车体中心向两端依次定位，由两位焊工同时进行。
2.优化定位焊间距长度。一般车型的定位焊长度范围为500-2500mm，其随意性较大，收缩量不可控。针对新加坡地铁，实验优化定位焊长度范围，直接改为1500mm左右，这样中部地板只需9处定位焊，收缩量可控。
3.优化焊接工艺规程（WPS）。按照一般的焊接工艺要求，6mm的坡口焊，需两层两道焊，而此处只需将地板固定即可，为控制热输入及收缩量，只进行单道焊，且不需要填满坡口。
4.优化定位焊。一般车型均是直接进行80-100mm的定位焊，优化后可以选择定位焊长度的下限值，分三步完成：（1）先在定位焊的始端依次进行一滴点固；（2）在定位焊的终端依次进行一滴点固；（3）在定位焊位置的始终两端都完成定位的情况下，清除黑灰，完成定位焊的正式焊接。待定位焊焊缝冷却后，测量地板宽度尺寸为mm，满足工艺尺寸要求。自动焊焊接完成后，地板宽度尺寸测量为，符合要求。
5车顶边梁组成焊接质量提升
车顶边梁组成由车顶边梁、各种补板、挡板、加强板、小弯梁、车顶连接板等小件组成，板厚从3-12mm不等，20余条焊缝组成一个整体焊件。焊缝多为单V坡口的多层焊，焊缝集中，操作空间较小，焊枪调整角度受限。热量集中时易造成焊缝成型不良，操作不当时易产生弯曲变形，由于焊接间隙超差，严重影响总装门立柱工序。轮廓度不满足工艺要求，调修困难，且目视化效果较差。
针对该种特殊结构的焊缝成型不良问题，实验结果表明可从如下几个方面进行解决。
1.调整焊枪角度。通过大量练习提高手腕灵活度来保证焊接质量。
2.优化焊接工艺规程。通过模拟现车，强化训练，截取宏观样件来验证优化的焊接工艺规程，能保证焊接质量。
3.调整焊接方式。由较好操作的平焊/平角焊，通过车体翻转机改为仰角焊/仰焊/立向上，虽然操作方式的变更增大了焊接难度，但是焊接空间加大，操作不受空间限制，技能熟练的员工能够保证焊接质量。
4.改变装配焊接顺序，将空间受限的操作降到最小。因板材等结构原因无法预知反变形也无法增加刚性支撑。只能通过改变装配焊接顺序来控制焊接变形，此时还需综合考虑焊接操作的空间受限问题，由之前的先焊接补板改为先焊接立板，再焊接补板，利用立板起到刚性固定的作用，避免先焊接补板带来较大弯曲变形及焊后收缩。为了避免一次热输入量过大，应严格控制层间温度，同时应提高焊接质量，避免多次返修。
6结论
为了提高焊接打磨质量，焊缝的起弧收弧处必须打磨，而帽型梁（C型）起弧收弧位置多数空间位置受限，打磨时易造成焊缝或母材损伤，很难满足工艺要求，且影响目视化效果。通过对铝合金帽型梁（C型）起弧收弧焊接手法的改善，解决了制约生产的实际问题，保证了产品质量，节省了单车劳动成本，该种焊接手法的改善为解决此类结构变形起到借鉴作用。
顶棚中立柱补强焊缝空间相对狭小，焊缝集中，焊接结束后，一次探伤通过率只有65%左右，返工返修量大，严重制约生产进度。通过对顶棚中立柱焊缝焊接手法的优化，使中立柱补强焊缝焊后，一次探伤通过率达到99%以上。
地铁地板型材厚度为6mm，焊接方式为坡口焊，由于地板厚度增加，自动焊焊接速度慢，热输入量增加，定位焊的收缩量也会加大，焊后地板宽度难以控制，无法满足工艺要求。通过对工艺流程的优化，使地板焊后尺寸符合要求，合格率达到100%。
车顶边梁组成空间狭小，由多种小件组成，焊缝密度大，易形成焊缝成型不良及产生较大的焊接变形，造成下工序装配困难，无法满足工艺要求。通过对新加坡地铁车顶边梁组成焊接质量的提升，解决了制约生产的实际问题，保证了产品质量，满足生产要求。
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