高速列車鋁合金車體薄板焊接研究現(xiàn)狀

1、高速列車鋁合金車體薄板焊接研究現(xiàn)狀摘要：鋁合金薄板焊接是鋁合金焊接的技術(shù)難題之一，本文對(duì)高速列車鋁合金車體薄板焊接技術(shù)的研究現(xiàn)狀進(jìn)行闡述，并對(duì)高速列車鋁合金車體薄板焊接的研究方向進(jìn)行展望。關(guān)鍵詞：高速列車；鋁合金；薄板；焊接隨著現(xiàn)代交通的高速發(fā)展，高速列車的輕量化成為鐵道運(yùn)輸現(xiàn)代化的主要趨勢(shì)。減輕車體自身重量是鐵路運(yùn)輸輕量、高速的最好方法。鋁合金制品因其質(zhì)輕、拉伸性能好等特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)其型材的大型寬體化，為此鋁合金在高速列車車體的應(yīng)用已成為當(dāng)今世界各國(guó)研究的熱點(diǎn)。鋁合金薄壁焊接結(jié)構(gòu)重量輕、耐腐蝕、加工性能優(yōu)異、易于連接而在高速列車車體大量應(yīng)用。由于鋁合金的熱膨脹系數(shù)大、彈性模量小，焊接變形問(wèn)題相

2、當(dāng)突出，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的制造精度和使用性能。鋁合金車體用薄板自身拘束度小，再加上鋁合金熱膨脹系數(shù)較大，傳統(tǒng)的熱輸入量較大的焊接方法容易出現(xiàn)熔池下塌或燒穿，容易產(chǎn)生難以矯正的波浪變形，所以展開(kāi)對(duì)鋁合金車體用薄板焊接技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)顯得尤為重要。1鋁合金薄板焊接技術(shù)研究現(xiàn)狀鋁合金薄板在高速列車中主要應(yīng)用在車頭蒙皮、地板、端墻等部位，主要使用的合金牌號(hào)有5754和5083兩種非熱處理強(qiáng)化鋁合金。鋁合金薄板應(yīng)用較為廣泛的焊接方法有弧焊、激光焊和攪拌摩擦焊等。1.1 鋁合金薄板的TIG焊TIG焊接在鋁合金焊接方面應(yīng)用較多，技術(shù)成熟的一種焊接方法。黃紅富等【3】人通過(guò)手工TIG、自動(dòng)TIG、脈沖TIG自動(dòng)焊三

3、種焊接方法的對(duì)比試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，針對(duì)鋁合金薄板長(zhǎng)焊縫焊接脈沖TIG自動(dòng)焊較為理想，焊縫接頭性能良好，生產(chǎn)效率較手工焊提高了三倍多。為了有效地清除鋁合金表面的氧化膜，減少鎢極的燒損，焊接薄板鋁合金常采用交流TIG焊的方法【4】。有研究【5】發(fā)現(xiàn)，使用脈沖方波交流TIG焊焊接薄板鋁合金時(shí)，脈沖電流幅值和EP半波時(shí)間決定了陰極清理氧化膜的能力。使用TIG焊焊接薄板易產(chǎn)生焊接缺陷，不能夠滿足高效、高質(zhì)量的焊接，在高速列車車體用薄板的焊接中難以大范圍使用。1.2 鋁合金薄板的MIG焊目前，國(guó)內(nèi)高速列車廠家大量的MIG焊接方法對(duì)鋁合金車體進(jìn)行焊接。師懷江【6】對(duì)2mm后的5052鋁合金薄板的MIG焊技術(shù)進(jìn)行研究

4、，通過(guò)優(yōu)化焊接工藝參數(shù)，解決了鋁合金薄板焊接過(guò)程中容易出現(xiàn)的氣孔和焊縫成形不良等難題，生產(chǎn)效率是TIG焊的2倍多，焊接質(zhì)量達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。石巖等【7】人對(duì)2.5mm后的1060鋁合金薄板進(jìn)行雙脈沖MIG焊實(shí)驗(yàn)，提出應(yīng)使低能脈沖階段弧長(zhǎng)修正值要略高于高能脈沖階段值，才能獲得良好的焊縫。使用脈沖MIG焊焊接薄板鋁合金，非常容易將工件燒穿，焊接過(guò)程很難控制，而且脈沖MIG焊的設(shè)備成本較高。我國(guó)高速列車生產(chǎn)廠家大量引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)焊接設(shè)備，但對(duì)大型鋁合金車體薄板的MIG焊接的理論研究較少，缺乏指導(dǎo)生產(chǎn)的相關(guān)方面理論，導(dǎo)致焊接產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性差。1.3 鋁合金薄板激光焊激光焊是一種先進(jìn)的焊接方法，具有能量

5、集中、焊接變形小，焊縫質(zhì)量?jī)?yōu)良和生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)。劉昕通過(guò)對(duì)激光填絲焊和激光焊未添絲進(jìn)行薄板焊接對(duì)比試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，激光填絲焊接工藝參數(shù)對(duì)5A06鋁合金焊接的影響，送絲方式、光絲間距和焊接熱輸入是影響焊縫成形的主要因素。姚偉等通過(guò)鋁臺(tái)金薄板激光單光點(diǎn)和雙光點(diǎn)焊接兩種焊接工藝進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，與激光單光點(diǎn)焊接相比，激光雙光點(diǎn)焊接鋁合金可以明顯改善焊縫質(zhì)量。填加焊絲可以改善激光單光點(diǎn)焊接鋁合金焊縫的表面質(zhì)量但將增大焊縫產(chǎn)生大氣孔的傾向。王中林等提出利用多光路系統(tǒng)對(duì)薄板進(jìn)行激光焊接可以提高激焊接質(zhì)量，得到質(zhì)量?jī)?yōu)良的焊縫。張鵬林等對(duì)5A02鋁合金薄板的激光焊焊接接頭力學(xué)性能進(jìn)行了研究，結(jié)果表明激光焊焊縫力學(xué)性能

6、僅能達(dá)到母材的60%左右。激光焊接對(duì)接頭間隙要求嚴(yán)格，焊接鋁合金時(shí)過(guò)程不穩(wěn)定，容易造成焊接缺陷，鋁合金薄板的激光焊焊接接頭強(qiáng)度低，焊接缺陷多，不能滿足高速列車行業(yè)對(duì)焊縫質(zhì)量的要求，難以在高速列車行業(yè)應(yīng)用。1.4鋁合金薄板攪拌摩擦焊攪拌摩擦焊是一種新型固相焊接技術(shù)。鋁合金攪拌摩擦焊接接頭可以避免產(chǎn)生氣孔和凝固裂紋等熔化焊中的常見(jiàn)缺陷，焊接變形小，接頭強(qiáng)度高。由于攪拌摩擦焊在輕金屬連接中的優(yōu)勢(shì)，近年來(lái)成為工程研究的焦點(diǎn)。周鵬展等對(duì)1.4mm的LF21鋁合金薄板進(jìn)行攪拌摩擦焊焊接實(shí)驗(yàn)，焊接強(qiáng)度達(dá)到母材的78-83%。佟建華等對(duì)于1 mm厚度6061-T6鋁合金的攪拌摩擦焊工藝展開(kāi)了相關(guān)研究，在優(yōu)化焊

7、接工藝參數(shù)下，接頭的抗拉強(qiáng)度可以達(dá)到母材的103。馬廣超等對(duì)5052鋁合金薄板攪拌摩擦焊工藝也進(jìn)行了研究，取得了很好的焊接效果。攪拌摩擦焊在鋁合金薄板的焊接中較其他傳統(tǒng)焊接方法體現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢(shì)，是今后高速列車用大幅鋁合金薄板焊接的發(fā)展趨勢(shì)之一。3.研究展望我國(guó)的高速列車用鋁合金材料近幾年才實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，鋁合金型材、板材的尺寸穩(wěn)定性不如國(guó)外同類產(chǎn)品，更加大了鋁合金薄板的焊接難度。加大對(duì)高速列車用板材焊接理論的研究，及其新的焊接方法、焊接設(shè)備的研究，對(duì)于提高車體輕量化后的安全性具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。參考文獻(xiàn)：【1】關(guān)橋,崇顯,郭德倫. 動(dòng)態(tài)控制的低應(yīng)力無(wú)變形焊接新技術(shù).焊接學(xué)報(bào), 1994, 15(1

8、): 8-15.【2】郭紹慶,徐文立,劉雪松等溫差拉伸控制鋁合金薄板的焊接變形焊接學(xué)報(bào)，1999，20(1)：34-42.【3】曾傳勇. 鋁合金薄板2米以上長(zhǎng)焊縫脈沖TIG自動(dòng)焊. 2002年中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)年會(huì),165-169.【4】耿正,張廣軍,鄧元召. 鋁合金變極性TIG焊工藝特點(diǎn). 1997(04).【5】廖平,陳書杰,楊文杰. 薄板鋁合金脈沖交流TIG焊工藝.焊接學(xué)報(bào)，2003,24（4）：65-67.【6】師懷江.鋁合金薄板脈沖MIG焊技術(shù).汽車實(shí)用技術(shù)，2011（08）：22-26.【7】石巖,韓永全,劉瑞,杜茂華. 弧長(zhǎng)控制對(duì)鋁合金雙脈沖MIG焊的影響.焊接技術(shù)，2011，40

9、（1）：11-13.劉必利,謝頌京,姚建華激光焊接技術(shù)應(yīng)用及其發(fā)展趨勢(shì)激光與光電子學(xué)進(jìn)展，2005，42(9)：43-47劉昕,陳俐,鞏水利. 薄板鋁合金激光填絲焊組織性能分.焊接，2009（5）：52-5.姚偉,鞏水利,Steve Shi.鋁合金激光雙光點(diǎn)焊接.中國(guó)激光，2007（34）：264-268.王中林,吳曉紅等.鋁合金薄板激光焊接工藝及YAG激光多光路系統(tǒng)設(shè)計(jì).焊接設(shè)備與材料，2008，37（3）：30-32.張鵬林,喬及森等. 車用5A02鋁合金薄板激光焊接性及接頭力學(xué)性能研究.焊接，2006,1（5）：36-38.許飛，李曉延，楊璟，陳俐，鞏水利. 5A06鋁合金激光填絲焊工藝研究.焊接，2008（8）：26-28.趙明書,董春林,欒國(guó)紅,李光,孟立春. 攪拌摩擦焊在列車制造中的優(yōu)勢(shì)分析及應(yīng)用現(xiàn)狀.航空制造技術(shù)，2009（21）：66-68.周鵬展,賀地求等. LF21鋁合金薄板攪拌摩擦焊組織和性能.中南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2007,38（5）：25-26.佟建華,李煉,鄧冬,萬(wàn)發(fā)榮.6061-T6鋁合金薄板的攪拌摩擦焊接.北京科技大學(xué)學(xué)報(bào)，20