浅析地铁铝合金车体牵缓焊接工艺

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1、浅析地铁铝合金车体牵缓焊接工艺身份证号码：53010319821127XXXX【摘要】研究了地铁铝合金车体牵缓的焊接工艺，介绍了牵缓的结构，并对底架牵缓用7020铝合金进行了焊接工艺试验，研究了焊接接头的组织及接头的综合力学性能，分析了牵缓组成焊接变形的产生原因，并提出了有效的控制措施，充分保证了地铁铝合金车体底架牵缓的焊接质量。【关键词】牵缓；焊接工艺；焊接变形；质量.1八—刖目随着我国城市化进程的加快，“十二五”期间我国城市轨道交通仍将保持快速发展。截至到目前，已经有31个城市轨道交通规划获得批准，规划总里程达到27

2、00km,投资将过万亿元。城市轨道交通建设的规模不断扩大，为城轨、地铁车辆等交通装备制造业提供了广阔的市场空间。铝合金異有密度小、比强度高、耐腐蚀、外观平整度好、可再生利用及环保、易于热加工成形而制造长大型材等诸多优点，使得铝合金结构车体在城轨、地铁等城市轨道车辆上的应用逐步推广。1铝合金车体牵缓的组成牵缓是地铁列车各车厢之间牵引传力的纽带，通过车钩实现列车的动力传递，是车体上同时承受拉伸和压缩载荷的关键部件，其结构如图1所示。牵缓与枕梁、牵引梁与车钩之间的焊缝都是极为重要的受力部位，承受着来自车钩、转向架等巨大的冲击载

3、荷，因此，该部位对强度尤其是疲劳强度要求很高，其焊接质量对车辆运行安全性和使用寿命均有重要影响。木文研宄了地铁铝合金车体牵缓的焊接工艺，分析了牵缓组成焊接变形的原因并提出了有效的控制措施，为城轨、地铁列车等交通装备制造技术提供借鉴。2焊接工艺试验针对牵缓的结构特点和使用性能要求，设计采用7020-T6高强铝合金。牵缓中牵引梁与钩缓间的18V焊缝(图2)，设计要求采用100%的射线探伤(RT)以严格检验焊接质量。该处为18mm厚的铝合金板材与型材的对接焊缝，焊缝的焊层及焊道多、焊接操作空间小、焊接工艺性差，再加上采用国产铝

4、合金，焊接性不稳定，造成该部位可能成为地铁列车铝合金车体焊接缺陷的易发、多发区。因此，模拟该部位的焊接工作试件进行工艺试验，验证该部位及材料的焊接工艺性，以保证产品焊接质量稳定。图1地铁铝合金车体牵缓的组成上盖板下盖板肋板牵引梁钩缓·工艺与新技术·35DOI:10.13846/j.cnki.cnl2-1070/tg.2014.03.013焊接技术第43卷第3期2014年3月地铁车体牵缓采用18mm厚的7020—T6铝合金，为热处理+人工吋效的强化状态下供货，其设计为全焊透焊缝的结构形式。试验选

5、用规格为准1.2mm的ER5087铝合金焊丝，采用半自动惰性气体保护焊(MIG)焊接，保护气体为φ(He)30%+φ(Ar)70%二元混合气体。2.1焊接接头组织焊缝冷却后垂直于焊件表面并沿焊缝中心方向将焊接接头剖开，割取金相试样，经打磨、抛光、腐蚀、清洗之后，采用ZeissMxiovert40MAT型金相显微镜观察组织形貌。焊缝及热影响区组织如图3所示。图3a为7020-T6铝合金焊缝区域的显微组织，从图中明显看到铸态组织，焊缝中心为晶粒粗大的等轴晶，熔合线附近沿散热方向的焊缝组织为柱状晶组织，主要由&

6、alpha;—AI固溶体和η-MgZn2+T-AI2Mg3Zn3强化相组成，该组织具冇良好的强度和初性，使焊接接头具有较好的力学性能。图3b为焊接热影响区的显微组织，热影响区内分布着树枝晶，且在熔合线处有粗大的柱状晶，主要是由粗大的Mg2Si颗粒组成，该组织的产生主要是由于铝的热导率人、散热能力强、在焊接过程中热影响区晶粒生长过程中产生较大的过冷度，导致树枝晶组织出现。从熔合线向母材的方向生长，树枝晶生长越粗大，该组织硬度高，韧性较差，导致焊接热影响区力学性能就越差，成为焊接接头最薄弱的区域。2.2焊接接头力学性

7、能采用WDW3300型微控电子万能试验机，通过拉伸和弯曲试验测定母材及焊接接头的力学性能。按ISO4136—2012进行拉伸试验，观察试样的断裂位置，测定抗拉强度分析接头的拉伸性能。参照ISO5173—2000进行弯曲试验，选用2组弯曲试样（背弯、面弯），弯曲角度180°。其力学性能试验结果见表1。由表1中数据可知，焊接接头的抗拉强度为276MPa,约为母材抗拉强度的75.62%,这与接头组织晶粒具有较好的强韧性有关。焊接接头的断后伸长率5.8%约为母材的48.33%，接头韧性低于母材韧性。焊接接头拉伸断裂部位为

8、焊接热影响区，宏观断面没奋发现影响接头力学性能的缺陷。由于多层多道焊的焊接热输入人以及铝合金焊后较快的冷却速度，迫使熔合线晶粒产生极大过冷度而形成树枝晶，造成焊接热影响区软化，强度降低，从而影响焊接接头强度。在弯曲试验过程中，试件弯曲角度达到180°,在焊缝弯曲表面及附近进行渗透检测，未发现任何开口性缺陷，说