火焰调修在铝合金侧墙上应用浅析

孟祥德 冀树文

中车青岛四方机车车辆股份有限公司 山东 青岛 266111

摘要：随着全球交通轨道装备的快速发展，现代轨道交通列车采用铝合金材料是实现车辆轻量化的途径之一。动车组铝合金车体侧墙采用型材拼接组焊工艺制造。侧墙生产使用专用组焊胎位，所用型材吊运至正面组焊胎位完成拼接并对其外轮廓度进行测量。正常情况下，侧墙经过正、反面自动焊组焊工艺后外轮廓度可以满足设计要求。但是由于型材来料尺寸、型材拼接间隙、工装限位以及焊接变形等综合原因，个别制造出的侧墙的外侧焊缝及其热影响区位置会出现变形的情况。为此，需要使用火焰调修的方法，对侧墙外侧轮廓度进行调修。本文就火焰调修在铝合金侧墙上应用展开探讨。

关键词：铝合金；侧墙焊缝；火焰调修；变形分析

引言

轨道车辆铝合金车体各部件由不同截面的型材、板材组焊而成，不论是单个零件的成形加工还是组焊加工，往往由于工艺控制措施不当而引发变形，难以满足最终外形尺寸要求。为弥补变形带来的尺寸误差，需选用恰当、合理的矫正工艺来使工件达到期望的形状。铝合金车体制造过程中一般采用火焰矫正、机械矫正和复合矫正的方式对变形件进行矫正，矫正方法的选择取决于工件变形的程度、现场条件、成本、周期和人员操作技能等各方面因素，各企业一般根据自身条件而制定不同的矫正工艺，不拘一格，但都是在不降低工件的结构强度，保证不影响工件质量的前提下进行的。

1 火焰矫形的原理

对于绝大多数金属材料而言，其杨氏模量和屈服强度随着温度的上升而降低，也就是说随着温度的上升，金属材料会不断软化，这一性质决定了火焰矫形的可行性。火焰矫正的主要原理是利用金属局部受火焰加热后的收缩所引起的新的变形(与焊接变形方向相反)去矫正各种已经产生的焊接变形。在火焰矫形过程中，对待矫形的局部区域进行加热至其发生塑性变形的温度，被加热的区域屈服强度降低而发生膨胀，同时受到周围较冷区域的拘束，发生塑性变形，冷却时，加热区域受到周围金属的拉力，被加热的区域将收缩至较加热前更小的尺寸，从而可以使工件达到符合标准的尺寸。实际上，火焰矫正的本质就是利用材料在受热后能够产生应力变化而使整个结构件应力重新分布达到矫正的目的。

2 火焰矫正前的准备工作

气体和工具的选择。火焰矫正所选用的气体，利用可燃气体与助燃气体混合燃烧所释放的热量作为热源。目前常用的是乙炔(或丙烷)和氧气混合燃烧，氧乙炔火焰温度为3000~3500℃，而氧-丙烷的火焰温度为2000~2850℃。火焰矫正加热用的烤炬，一般可采用焊炬代替，也有特制的烤炬，目前常用的为射吸式焊炬。烤炬和烤嘴的规格要根据被矫正的铝合金型材和板材区域大小、板厚及矫正时间等进行合理选择。（2）变形情况分析。火焰矫正前，首先要分析铝合金型材、板材的变形情况，确定构件的变形特征和变形量，选用正确的加热温度，加热方式和加热时间是确保矫正质量的重点。部分结构简单的铝合金型材和板材可以通过冷调做简单处理就能达到规定要求。也可以在组焊过程中选用合适的焊接接头形式和焊接参数，选用合理的焊接顺序来避免和减少变形。但总有部分变形是预见不到的，在组焊时由于零部件的组装间隙过大、坡口的角度不完全符合图样要求等其他原因都会造成焊接变形。焊接变形有角变形、翘曲、扭曲和波浪等，一旦焊接过程中控制不好，必然会有这样那样的变形存在。同时焊接的内应力抑制了组焊好的零部件的外形状态，从而在零部件的外形方面就出现了扭曲、弯曲、翘曲的现象。确定好了零部件的变形情况就能很好的选择铝合金型材和板材的合理加热温度、方式和加热时间，或者直接通过简单的冷调就能顺利的完成变形的矫正。

3 侧墙调修工艺分析及检测

3.1调修工艺的选择

城轨车辆侧墙板铝合金的焊接，其弧焊工艺焊接后的产品多采用手工机械调平法，调整至要求的平面度相对费时费力。首先将侧墙板需要矫正的焊缝位置用工装块架空，然后使用液压千斤顶在侧墙板焊缝进行变形方向的反向进行加压，通过使用专用检测样板对侧墙板平面度进行实时测量，经过多次调整，最后使平面度达到要求。火焰调修一般采用氧气-乙炔焰作为热源，采用线性加热的方式，对有凸起变形焊缝进行加热，自然冷却后达到矫正目的。同一位置不能重复加热，重复加热不但效果不好，对铝合金的组织也有伤害。通过对比分析，火焰调修由于矫形中并且无产生缺陷，生产制造成本低，效率高，对工人技能水平相对要求低，无环境温湿度要求，但同时要求严格控制温度上限，使用氧气乙炔，需要考虑使用安全。而机械调修效率较慢，但矫形产品的幅度较大，更适用刚度较大的产品，但同时受工装设备影响，容易对产品外形造成损伤。针对侧墙变形量分析，目前轨道车辆铝合金车体侧墙在焊接后变形量大小为2~8mm，侧墙为材质铝合金材质，同时焊缝均为直线焊缝，变形为单向平面度超差，此外侧墙焊接变形为角变形，在焊缝方向两侧下凹或者上翘，焊接变形单一，同时在轨道车辆批量生产的前提下，火焰矫正的效率优于机械调修，同时配合支撑或者拉紧等外力因素，火焰调修更为合适。

3.2侧墙轮廓度调修工艺

由于侧墙型材以及侧墙拼接后的结构特点，侧墙外侧焊缝位置变形的调修方法采用加热矫正法。加热矫正法是采用氧气和丙烷火焰加热，利用材料在局部加热后通过水冷却而形成的局部收缩，达到矫正焊接变形的目的。根据侧墙焊缝区域的变形特点，火焰加热方式选用线状加热法对焊缝凹陷区域进行加热，即火焰沿着直线方向慢慢移动或同时做横向摆动，形成一个加热带的方式。

3.3火焰调修在铝合金侧墙上应用

火焰调修采用线状加热法，即火焰沿直线方向移动，以一块侧焊后墙板为例，调修后，要求为1/1000、2/2000。检查主要用1.8m水平尺，对每块侧墙板进行横向、竖向和斜向（对角线）进行平面度检查，平面度>2mm既为不合格。实施火焰调修，方案如下：（1）操作时要严格规程，对所需矫正位置进行标记，确定好调修量；（2）采用直线加热法，同时控制加热温度，沿着焊缝方向进行加热，针对变形量多少进行增加一定外力，如拉紧带紧固或者拉杆支撑等；（3）首次侧墙调平过程，采用接触式测温仪进行温度测量，保证加热的温度范围内；（4）火焰加热过程，遵循好操作的频次和速度，防止温度过高造成材质强度下降。

结语

火焰铝合金板材型材调修，在生产中应用效果非常好。采用火焰调修不仅减少和消除了焊接变形，降低了生产成本，提高了产品的合格率，而且避免了焊接内应力的残存，提高了产品的焊缝质量，有利于铝合金铆焊车体和铝合金全焊接车体各部位的焊接变形调修修复。

参考文献

[1]胡文浩,王广英,刘春宁.7020铝合金应用于轨道车辆的焊接工艺研究[J].热加工工艺,2017,42(7):148-150,153.

[2]刘炜.6082合金船用铝型材的生产工艺研究[J].铝加工,2017(3):19-22.

[3]王立夫,王金金,刘东军,等.B型铝合金地铁车辆车体制造工艺[J].轨道交通装备与技术,2016(1):1-3.

[4]闫志鸿,胡婷,宋永伦.铝合金方波交流TIG焊熔池图像处理[J].新型工业化,2017,3(10):61-66.

[5]云中煌,金文涛,黄坤,等.火焰调修对奥氏体不锈钢的影响[J].机车车辆工艺,2017(6):1-3+6.