中车齐齐哈尔车辆有限公司 黑龙江齐齐哈尔 161002
摘要：A型铝合金轨道交通车体由底架、侧墙、车顶、端墙等大部件整体焊接而成。底架地板为大型通长双面中空挤压铝合金型材插接结构，由7块型材插接组成，采用纵向拼接整体焊接，焊接方式为MIG焊，型材材质均为EN AW-6005A-T6。底架地板型材下部位置上设置有T形滑槽，用于车下设备安装，是车体重要组成部件。由于底架地板焊缝具有通长且规则的特点，易于实现自动化操作，因此采用龙门式igm自动焊接机器人进行焊接作业。
关键词：铝合金；底架地板；自动化焊接
1 引言
铝合金导热系数和热膨胀系数分别是碳素钢的5倍和2倍，因此铝合金结构件焊接时工件变形较大且难以控制。而地板的焊接质量直接影响车下设备的安全使用质量，因此有效控制底架地板自动焊接变形对提升产品质量具有重要意义。
2 底架地板焊接变形
2.1 V形坡口焊接收缩变形
针对底架地板型材采用的V形坡口对接接头形式，分析底架地板型材对接焊缝的焊接变形。底架地板组焊的工艺流程是先地板反面自动焊，再地板正面自动焊。由于底架地板采用中空挤压型材，结构较为稳定，焊缝熔池因快速冷却收缩产生的纵向应力，在纵向上的焊接变形表现形式主要是地板在纵向上的收缩，故本文仅考虑焊缝熔池因冷却收缩产生的横向应力。
焊缝焊接后，焊缝熔池金属快速冷却时因受到制约而产生收缩拉应力，焊缝区域两侧型材受到的拉应力由里层至表层逐渐增大，导致型材发生角变形，如图1所示。
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图1 V形坡口熔池冷却收缩变形
2.2 底架地板型材反面焊接变形
两块地板型材进行反面自动焊后，焊缝区域快速冷却后两块地板型材受拉应力，两块地板型材沿焊缝纵向中心正面倾斜，发生角变形，导致正面型材V形坡口组对间隙增大，焊接变形如图2所示。
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图2 底架地板反面自动焊接变形
2.3 底架地板型材正面焊接变形
由于反面焊接变形导致正面型材焊缝组对间隙增大，焊缝熔池体积增大，焊缝冷却时两侧型材受到的焊接应力也较正面大，因此正面焊接变形量大于反面焊接。在抵消反面焊接变形后，焊缝会继续收缩，地板型材仍会有较大的角变形，如图3所示。
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图3 底架地板正面自动焊接变形
2.4 工艺优化前底架地板焊接变形
底架地板正面自动焊时，需在底架地板正组工装上预制反变形，以保证组焊后地板平面度。前期工装设计时，在工装中心处预制3m m反变形，两侧边梁利用压紧装置压紧（见图4），正反面自动焊焊接顺序为由中心向两侧边梁进行施焊。工艺改进前底架地板自动焊后，平面度为8～12m m，为满足工艺要求（平面度≤3m m），需进行调修，在地板调修时采用火焰调修法对地板上焊缝调修2～3次，调修时长约6h，耗费大量时间与生产资源。
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图4 初期工装设计
3 底架地板焊接变形控制
随着火焰调修次数增加，铝合金晶粒逐渐长大，造成焊接接头力学性能下降，降低疲劳强度，影响焊缝质量。因此综合利用调整焊接顺序、工装预置反变形的方法对底架地板焊接变形进行控制，经现场实物验证，地板焊后平面度超差明显降低，提高了焊缝质量。
3.1 控制焊接顺序
（1）反面自动焊接顺序及变形由于铝合金导热率高，若焊接顺序不正确，易造成底架地板的严重变形，因此调整相应的焊接顺序可有效降低焊接变形。底架地板反面自动焊共有6条焊缝，焊缝序号如图5所示，采用两条焊缝同时进行自动焊接的方式。焊接顺序为：先焊接焊缝3和5，再焊接焊缝2和4，最后焊接焊缝1和6。
底架地板反面焊前须松开边梁处压紧装置，无反变形设置。使底架地板在自动焊时自由收缩，底架地板反面焊后整体凹变形。
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图5 反面焊缝序号
注：1～6为焊缝序号。
（2）正面自动焊接顺序及变形底架地板正面自动焊共有6条焊缝，同样采用两条焊缝同时进行自动焊接的方式。焊接顺序为：先焊接焊缝3和5，再焊接焊缝2和4，最后焊接焊缝1和6。
底架地板正面自动焊须将两侧边梁压紧，并在工装上设置反变形。利用焊接变形将其反面自动焊接变形进行抵消，减小焊接变形量，达到释放焊接应力作用，可有效控制底架地板整体的平面度。
3.2 工装预置反变形
针对底架地板正面自动焊后平面度偏差过大、调修时间过长的问题，对底架地板正组工装进行改造优化。横梁中心处的反变形由3mm更改为6mm，同时在每块地板滑槽处增加预置反变形点，由中间向两侧分布，分别为4mm和2mm，共计设置5处反变形点，且平滑过度。
3.3 现场验证
1）底架正组胎位工装按照增加反变形点的要求改造后，进行底架地板自动焊接的实物验证。
2）焊前预制反变形后，底架地板正面自动焊接后的平面度局部可达到3mm以内，满足设计要求，实现焊后局部区域免调修。
3）对照地板焊接变形控制前后平面度数据，平面度超差明显降低，在实际生产过程中，根据现场实际情况不同，底架地板正面自动焊后的平面度也会有差异，但均在6mm以内，小于增加反变形前的8～12mm。此时只需对焊缝区域调修1次，调修时长约2h，即可保证底架地板平面度小于3mm，满足设计要求。
4 结束语
通过对A型铝合金轨道交通车体底架地板焊接变形分析，采用调整焊接顺序，焊前合理预置反变形的方法，有效地控制了铝合金轨道交通底架地板自动焊接变形，降低了底架地板调修量，每台车缩短了生产周期约4h，有效降低了生产成本，对于现场生产具有实际指导意义。
参考文献：
[1]贺全忠.轨道交通铝合金枕梁焊接变形控制[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2014.
[2]陈春跃，谢大杰，罗胜.铝合金轨道交通车辆枕梁焊接变形控制[J].金属加工（热加工），2017（20）：43-45.