王琦1 王永波1 李尧2 丁见1 王乐欣1
1中车青岛四方机车车辆股份有限公司 山东 青岛 266111
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摘要: 铁路运输作为我国最主要的运输方式之一，是我国民经济的大动脉，铁路系统经过多年的发展已经形成了发达的铁路运输网。近年来我国加大了对高速列车的研究与开发力度，并取得不错的成绩，但是在高速列车的铝合金车体焊接方面还存在一些问题。文章对铝合金车身材料进行了简要介绍，分析了目前铝合金车体焊接方面存在的问题，并提出了相应的改善措施。
关键词：高速列车；铝合金车体；焊接缺陷
一、高速列车铝合金车身材料简述
当前大部分高速列车车体使用的是5XXX系的铝镁合金材料，铝合金具有优秀的物理化学性能，但是其在焊接过程也存在一定的难点：第一，铝合金在焊接过程中容易形成氧化铝薄膜，在薄膜的作用很容造成焊接不良的情况，进而导致夹渣现象的出现；第二，铝合金的比热容和导热率相对较高，焊接过程中热量传递十分快速，这就导致焊接工作的能耗较大；第三，铝合金的膨胀系数较大，导致焊接过程中容易出现材料变形的现象；第四，在完成焊接后，焊接区域的耐蚀性有所下降。
二、铝合金车体在焊接方面存在的问题
1.1 裂纹问题
铝合金车体焊接作业中的主要材料为三角补强板，其焊接质量直接影响着列车铝合金车体的制造水平，三角补强板出现裂纹会严重影响到车体的运行过程安全性。裂纹问题会导致车体
结构强度下降，加之列车的高频动载，很容易造成裂纹扩展进而使结构件发生疲劳损坏，为列车安全运行埋下隐患。导致裂纹问题的原因主要有以下几个方面: 第一，铝合金和焊接材料选材不合理，这种情况导致的裂纹一般在焊接处；第二，坡口缝隙宽或卷边接头处在焊接过程中出现的纵裂纹；第三，焊接操作不合理导致内部出现应力而产生的裂纹。
1.2 夹渣问题
进行铝合金车体的焊接过程中，在保证操作工序合理的条件下，导致夹渣问题的主要原因为焊接材料表面存在为清洁的氧化物或着铝合金材料内含有杂质。夹渣问题会降低焊接构件的耐腐蚀性。导致夹渣问题的原因主要有以下几个方面:第一，材料表面氧化膜没有进行彻底的清洁，氧化物残留在熔池内形成了夹渣；第二，焊接过程的气氛保护工作不到位，导致了钨极烧损或接触起弧，进而致使焊缝存在夹钨的现象。
1.3 熔合问题
铝合金车体焊接的熔合问题一般表现为焊道和基体或焊道之间没有完全的熔合和焊接。熔合问题会降低焊接接头的力学性能，甚至会使结构根部的承受载荷下降，严重影响着列车车体的结构强度。
导致融合问题的主要原因是铝合金导热性较好，其在焊接过程中热量损失较大，加之铝合金熔点较低，两者共同导致了焊接过程容易出现未熔合的问题。尤其是在降低环境温度下进行焊接作业时，这种影响更为明显。
1.4气孔问题
气空问题不仅会降低焊缝的致密度，还会使接头的承载面积减少。进而降低接头的塑性、强度。经过实践验证可以得知导致气孔问题的原因分为CO、N2、H2，其中H2气孔为主要原因，而导致H2气孔的主要原因又可以分为以下几种：第一，铝合金材料表面存在水汽、腐蚀产物、有机物等，在焊接过程中这部分物质分解形成了的氢气； 第二，材料中存在固溶的氢；第三，保护气氛中含有一定量的氢气；
三、铝合金车体在焊接问题的改善措施
3.1气孔问题的改善措施
根据对气孔问题产生的原因进行分可以看出，彻底消除焊接区域内的气孔是存在一定难度的，但是可以通过以下措施降低气孔的数量：第一，在焊接前对焊件表面进行彻底的清洁： 第二，保证焊接保护气氛气体的纯度，确保保护气体输送管路的清洁程度；第三，对焊接过程的环境湿度进行适当的控制，制定相关标准，当湿度高于标准时严禁进行焊接作业；第四，保证焊接操作的连续性，延长熔池高温的时间，使气泡尽可能的逸出，进而避免氢气孔的形成；第五，对焊丝进行相应管控，在使用前使其保持在烘干的状态。
3.2裂纹问题的改善措施
改善裂纹问题可以从以下几个方面入手：第一，裂纹的产生与焊接材料之间存在直接关系，选用合格铝合金材料就会减少裂纹的产生；第二，在焊接作业的过程中，焊接收弧容易导致弧坑裂纹，通过加强人员培训，提高焊接人员的操作熟练度可以减少裂纹的产生；第三，合理的焊接接头设计，减少构件间的板厚差，一般情况下板厚差不不得大于3倍；第四，反复焊接会铝合金材料造成损害，这部分材料在焊接过程中就容易产生裂纹问题，选择成熟的焊接工艺尽可能的一次焊接成型，可以有效的杜绝这部分裂纹的产生。
3.3夹渣问题的改善措施
改善焊接作业中的夹渣问题，需要对工件的焊接区域进行彻底清洁，去除其表面的氧化膜以及其他杂物。材料表面清洁方式一般分为机械清理法和化学清理法：其中机械清理法是通过打磨机、锉刀、刮刀等工具对焊接坡口进行清理，进而达到清除氧化膜的目的；化学清理法不仅可以清除氧化膜，还可以将工件焊接面的油污进行清洁。此外，还需要在完成清除作业之后6小时内进行焊接，超过6小时而未进行焊接的，下次焊接前需要进行再次的清洁作业。
3.4熔合问题的改善措施
改善焊接作业中的夹渣问题的措施主要包括：第一，对焊接工作的环境温度进行控制，当环境温度过低时，焊接工件的散热速度就会加快，这是导致熔合问题的主要原因，因此，环境温度应该控制在15℃以上，还可以对一些焊接构件可以进行预热处理；第二，可以通过调整焊接工艺的方式控制熔池的温度，当线能量较大时，构件的变形程度就会增大，当线能量较低时，构件之间又不易熔合，在一些容易发生未熔合的区域进行焊接时，应该尽量选取线能量偏高的焊接工艺。
结语：
随着铝合金焊接工艺技术的不断成熟，导致焊接缺陷的原因得到了深入的理论研究和实践验证，通过加强焊接过程管理和不断优化焊接质量控制体系，可以有效的避免焊接缺陷的产生。
参考文献：
[1]徐晓东.铝合金车体底架框型结构的焊接变形控制[J].工业技术创新,2020,07(02):12-16.
[2]唐海鹰,程春磊,王方荣,张京文,解鹏.铝合金车体大部件焊接变形的影响因素[J].中国新技术新产品,2019(08):71-72.