華東交通大學(xué)動(dòng)車組制造工藝鋁合金車體制造工藝

華東交通大學(xué)動(dòng)車組制造工藝鋁合金車體制造工藝第一頁，共70頁。

鋁合金車體是軌道交通車輛上的重要部件，一般來講，軌道交通車輛主要由以下幾部分構(gòu)成：底架、側(cè)墻、端墻、車頂、車頭五部分。第二頁，共70頁。一、鋁合金分類1、時(shí)效硬化鋁合金時(shí)效硬化鋁合金指的是含有鎂、硅、鋅或銅的鋁合金通過退火、淬火和時(shí)效可以獲得較高的抗拉強(qiáng)度的鋁合金。在室溫狀態(tài)下通過數(shù)天的時(shí)間自然時(shí)效，也可在80°C和160°C之間的溫度下加快時(shí)效，例如60°C時(shí)，時(shí)效60小時(shí)，120°C時(shí)，時(shí)效24小時(shí)，可以得到相同的時(shí)效效果。人工時(shí)效還取決于焊件的大小，越大的焊件，時(shí)效時(shí)間越長。車輛用鋁合金第三頁，共70頁。2、非時(shí)效硬化鋁合金非時(shí)效硬化鋁合金在熱處理后不硬化。它們從固溶處理中得到較高的強(qiáng)度（與純鋁相比）。AL—Mg和Al-Mn合金是典型的非時(shí)效強(qiáng)化鋁合金。第四頁，共70頁。3、鑄造鋁合金通過向鋁中添加硅可得到鑄鋁合金。第五頁，共70頁。4、牌號(hào)1）1000系列（工業(yè)用純鋁）主要用途：家庭用品，機(jī)器零件裝飾品、反射鏡等。2）2000系列（鋁銅合金）主要用途：主要用于飛機(jī)材料，鉚釘結(jié)構(gòu)件。第六頁，共70頁。3）3000系列（鋁錳合金）主要用途：主要用于建材的成形加工材料。常用于制做鍋、水壺等容器，以及熱交換器零部件等。4）4000系列（鋁硅合金）主要用途：常被用做焊條（電極焊絲）及硬釬焊用填料。常用于制做補(bǔ)強(qiáng)件，熱交換器等。第七頁，共70頁。5）5000系列（鋁鎂合金）主要合金成分：Mg(0.2～5.6%)，只添加鎂或同時(shí)還添加錳的鋁合金為非時(shí)效硬化鋁合金。特點(diǎn)：耐海水腐蝕、焊接工藝、成形性好，強(qiáng)度比較高。主要用途：最近多被用做焊接材料。常用在建筑、船舶車輛、機(jī)械零件、飲料罐等方面。第八頁，共70頁。6）6000系列（鋁鎂硅合金）主要合金成分：Mg(0.45～1.5%)，Si(0.2～1.2%)，屬時(shí)效硬化鋁合金。主要用途：結(jié)構(gòu)材料、建筑用窗框、土木建筑用品，螺栓鉚釘?shù)取?）7000系列（鋁鋅鎂合金）主要合金成分：Zn(0.5～6.1%)，Mg(0.1～2.9%)，Cu(0.1～2.0%)，屬高強(qiáng)度時(shí)效硬化鋁合金。特點(diǎn)：焊接工藝性、耐腐蝕性都不好，是現(xiàn)在鋁合金中強(qiáng)度最高的材料，被稱為超超硬鋁，抗拉強(qiáng)度500Mpa。主要用途：飛機(jī)結(jié)構(gòu)材料，體育用品，車輛結(jié)構(gòu)材料第九頁，共70頁。二、鋁及鋁合金材料的焊接特性1、熔點(diǎn)可焊接的商用鋁合金的熔化溫度大約在560℃-620℃。在焊接過程中容易產(chǎn)生焊穿。2、熱傳導(dǎo)鋁及鋁合金的導(dǎo)熱系數(shù)大，導(dǎo)熱速度是鋼的3倍。厚板——預(yù)熱第十頁，共70頁。3、熱膨脹焊接坡口的形狀和焊縫數(shù)量是影響變形量的主要因素，雙面對(duì)接焊的變形量通常比多焊道V型坡口焊的變形量要小得多。焊接速度較低時(shí)，熱輸入量多會(huì)導(dǎo)致更大的膨脹，并且在冷卻的過程中收縮也較大。熱輸入量不充足會(huì)導(dǎo)致焊縫熔化不良，產(chǎn)生未焊透和未熔合等缺陷。焊前預(yù)熱可降低產(chǎn)品的變形程度和產(chǎn)生裂紋的傾向，并能提高焊接速度。第十一頁，共70頁。4、鋁合金焊后殘余應(yīng)力處理的方法鋁的線膨脹系數(shù)是鋼的3倍，這就意味著會(huì)有嚴(yán)重的扭曲變形和高的殘余應(yīng)力。一個(gè)降低焊接殘余應(yīng)力的方法是敲擊法（用1kg的圓頭銅錘敲擊焊縫金屬），可降低殘余應(yīng)力水平。對(duì)于薄件一般不適合采用敲擊法。對(duì)于薄工件，如果要求降低殘余應(yīng)力，建議采用熱處理方法。第十二頁，共70頁。5、鋁及鋁合金表面氧化膜的影響氧化膜熔點(diǎn)為2050℃--氧化膜易吸附水分，焊接時(shí)容易產(chǎn)生氣孔；--氧化膜不導(dǎo)電，焊接時(shí)會(huì)使電弧不穩(wěn)；--氧化膜的密度大，焊接時(shí)破碎的氧化膜將沉積在熔池中形成夾雜；--氧化膜熔點(diǎn)高，會(huì)阻礙填充金屬和母材的熔合，易產(chǎn)生氧化物夾渣，因此焊接之前第十三頁，共70頁。6、鋁合金材料中合金元素成份對(duì)性能及焊接的影響

鎂Mg含量在0.3-7%之間時(shí)，增加強(qiáng)度和改善顆粒性的作用。錳Mn含量在0.3-1.2%之間時(shí),起耐海水腐蝕和增加強(qiáng)度的作用。銅Cu含量在5%以下時(shí)，影響耐腐蝕性、提高淬火性。硅Si含量一般控制在12%以下，能夠起到降低鋁合金熔點(diǎn)的作用。AlSi12常用作鋁合金釬焊材料。硅的加入，也會(huì)帶來金屬紋理結(jié)構(gòu)變粗，金屬收縮變小，抗裂紋增強(qiáng)。對(duì)裂紋產(chǎn)生影響最大的是Si、Mg、Cu含量第十四頁，共70頁。指出鋁合金焊接最危險(xiǎn)的熱裂紋敏感區(qū)間為Mg含量在0.5和2.5％之間、Si含量在0.3和1.5％之間時(shí)，裂紋傾向最大。第十五頁，共70頁。三、焊接保護(hù)氣體1.氬氣焊接鋁合金薄板時(shí)，主要使用純氬氣保護(hù)，這主要是因?yàn)榧儦鍤獗Ｗo(hù)時(shí)的熱輸入量較小、熔深淺的原故。

2.氦氣氦氣（He）也是惰性氣體，焊接過程中，吸熱小，熔池停留時(shí)間長，因此氦氣保護(hù)焊接時(shí)氣孔傾向小。但由于純氦氣保護(hù)焊接時(shí)，電弧穩(wěn)定性差、短路過渡形式等缺點(diǎn)，故一般不單獨(dú)使用。3.氬－氦混合氣體如果用于大厚度鋁合金板材的焊接或散熱系數(shù)更大的銅合金的焊接時(shí)，可以增加氦氣的第十六頁，共70頁。

四、鋁及鋁合金焊前清理、焊縫修理、焊后處理工藝1、焊前清理除油、除污處理處理辦法是將工業(yè)丙酮注入一點(diǎn)到礦泉水瓶中，在瓶蓋上扎幾個(gè)小孔，使丙酮能夠成霧狀噴到鋁合金表面上，然后用工業(yè)擦拭紙或布擦拭表面就可清潔表面的油污。用丙酮做清潔劑主要是利用丙酮的高揮發(fā)性和高溶解性，但過量使用會(huì)危害人體健康和影響環(huán)境安全。第十七頁，共70頁。鋁合金焊前打磨——清氧化物一般采用直徑0.3mm以上的不銹鋼絲做刷子，打磨工具主要有兩種類型：風(fēng)動(dòng)打磨和手動(dòng)打磨。風(fēng)動(dòng)打磨主要有角向砂輪配杯型碗刷和縱向砂輪配柱狀鋼絲刷第十八頁，共70頁。角向砂輪配合杯型碗刷工作的示意圖縱向砂輪配合柱狀刷的工作示意圖第十九頁，共70頁。角向砂輪配杯型不銹鋼碗刷輕巧靈活，工作效率慢，縱向砂輪配合柱狀鋼絲刷，打磨速度快，但工具比較重，工作負(fù)荷大。常用柱狀刷示意第二十頁，共70頁。對(duì)于狹小空間打磨，也常采用直柄砂輪配指狀鋼絲刷來完成第二十一頁，共70頁。手動(dòng)刷---打磨量不大或風(fēng)動(dòng)工具難以施展的部位，手動(dòng)刷的鋼絲不宜過硬，過硬人工操作不舒適，過軟，不能實(shí)現(xiàn)功能，鋼絲要選擇不銹鋼材料，鋼絲鍍銅的表面不推薦使用。第二十二頁，共70頁。2、焊縫修理鋁及鋁合金焊接過程中，不可避免會(huì)產(chǎn)生焊接缺陷，如融合不良、弧坑裂紋、焊接起弧成型不好、焊瘤、熔深不夠、夾渣等缺陷需要去除1）長缺陷初級(jí)修理超過500mm以上焊縫需要清除重焊，或焊縫清根焊接時(shí)，常用片刀和角向砂輪配合完成初步切除第二十三頁，共70頁。（2）精確修理焊縫主要有旋轉(zhuǎn)銼和砂紙環(huán)兩種辦法。——旋轉(zhuǎn)銼修理：懸轉(zhuǎn)挫有球頭、錐形、柱狀等形狀第二十四頁，共70頁?！凹埈h(huán)或千葉片修理對(duì)于表面焊縫的成型修理，一般采用砂紙環(huán)修理第二十五頁，共70頁。

五、鋁及鋁合金加熱處理工藝1、焊前預(yù)熱預(yù)熱時(shí)間對(duì)AlZnMg合金強(qiáng)度影響如下：預(yù)熱2min，再冷卻到室溫的強(qiáng)度值為350MPa預(yù)熱6min，再冷卻到室溫的強(qiáng)度值為320MPa預(yù)熱10min，再冷卻到室溫的強(qiáng)度值為280MPa第二十六頁，共70頁。預(yù)熱溫度對(duì)材料抗拉強(qiáng)度影響第二十七頁，共70頁。2、焊后火焰調(diào)修計(jì)火焰的溫度。焊接變形調(diào)修需要火焰加熱，加熱位置原則上只能在焊縫位置第二十八頁，共70頁。3、焊后處理焊件進(jìn)行完全的重新熱處理是不實(shí)際的，焊件可以在固溶熱處理狀態(tài)下焊接，焊后進(jìn)行人工時(shí)效處理。第二十九頁，共70頁。

6、鋁合金常見焊接缺陷、原因分析氣孔、咬邊、起楞、裂紋、未焊透等均定義為工藝缺陷。

1）氣孔鋁合金焊接過程中最容易出現(xiàn)的焊接缺陷第三十頁，共70頁。外在導(dǎo)致原因:環(huán)境濕度導(dǎo)致的氣孔(氫）焊接保護(hù)氣體不當(dāng)造成的氣孔油污、灰塵、贓物導(dǎo)致的氣孔操作不當(dāng)導(dǎo)致的氣孔（當(dāng)焊接前傾角度過小或操作不穩(wěn)）焊接參數(shù)導(dǎo)致的氣孔第三十一頁，共70頁。內(nèi)在原因：焊絲含氫量高導(dǎo)致的氣孔焊絲軟管質(zhì)量導(dǎo)致的氣孔操作位置導(dǎo)致的氣孔如橫焊位置，由于在橫焊位置上部，焊接保護(hù)較差，焊接保護(hù)氬氣比重比空氣大，保護(hù)氣體過多地流向下方，造成焊縫上部氣孔過多。第三十二頁，共70頁。2、裂紋1）、焊縫裂紋——熱裂紋收縮應(yīng)力過大產(chǎn)生的裂紋如改變焊接順序、卡緊位置可緩解收縮應(yīng)力的大小。焊接材料和母材不匹配導(dǎo)致的裂紋焊角過小第三十三頁，共70頁。2）、母材（HAZ）裂紋3）、弧坑裂紋——常見4）、微觀裂紋——解決的唯一措施就是增加焊接速度，降低熱輸入。第三十四頁，共70頁。2、夾渣鋁合金焊接后，在焊縫金屬內(nèi)部存在一些黑點(diǎn)或白色亮點(diǎn)，這些夾渣物是氧化膜的破碎物，有時(shí)焊接過程的臟物，如熔池前方的飛濺球溶入熔池，均會(huì)造成夾渣。第三十五頁，共70頁。

3、根部未熔合和未焊透

第三十六頁，共70頁。

4、錯(cuò)邊

錯(cuò)邊是鋁合金焊接中，最嚴(yán)重的焊接缺陷，錯(cuò)邊會(huì)導(dǎo)致焊接深度不夠、焊縫成型不良，第三十七頁，共70頁。5、根部間隙根部間隙通常指角接和搭接兩種方式第三十八頁，共70頁。6、咬邊在焊縫兩側(cè)，熔化的金屬熔化掉基體金屬一部分深度，稱為咬邊，第三十九頁，共70頁。

7、焊縫加強(qiáng)高和寬度過大

第四十頁，共70頁。

8、焊接背透和凸度過大

第四十一頁，共70頁。

七、鋁合金焊接變形和調(diào)修技術(shù)第四十二頁，共70頁。1、焊接變形的影響因素1）焊接方法的影響因素如TIG焊接變形要大于MIG，激光焊接變形要遠(yuǎn)小于MIG，自動(dòng)焊接變形要小于手工焊接，根據(jù)具體產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，制定合適的焊接方法。2）拘束度的影響因素——卡緊力。第四十三頁，共70頁。3）、結(jié)構(gòu)剛度的影響因素第四十四頁，共70頁。4）焊接順序的影響因素--先短后長（先焊接短焊縫，再焊長焊縫）；--先里后外（在一個(gè)結(jié)構(gòu)上，先焊內(nèi)側(cè)焊縫，再焊外側(cè)焊縫，避免外側(cè)對(duì)內(nèi)側(cè)的影響而不好處理）；--先中心后兩側(cè)（從結(jié)構(gòu)中部開始向兩側(cè)焊接，使膨脹和收縮對(duì)結(jié)構(gòu)影響最?。?；--先平后仰（先焊接平位置焊縫，最后焊接不好焊的位置）；--最后焊接具有最大收縮的焊縫；--對(duì)于一個(gè)焊道，一旦開始焊接后，就不要間斷，一直焊完；--對(duì)于對(duì)稱焊接，最后一道焊道要給焊接變形留一定收縮空間，保證最后焊接的焊縫有變形的位置，而沒必要在工裝卡具上做出焊接反變形。第四十五頁，共70頁。3、調(diào)修1）火焰調(diào)修——變形不大第四十六頁，共70頁。2）機(jī)械調(diào)修——對(duì)于焊縫規(guī)則混亂，很難判別調(diào)修受力方向的結(jié)構(gòu)，可以采用機(jī)械調(diào)修的方法第四十七頁，共70頁。3）熱、冷綜合調(diào)修

第四十八頁，共70頁。八、焊接方法1、攪拌摩擦焊原理第四十九頁，共70頁。2、鋁合金車體MIG第五十頁，共70頁。3、TIG第五十一頁，共70頁。九、鋁合金沖壓技術(shù)1、彎曲成型技術(shù)1）折彎第五十二頁，共70頁。2）拉彎第五十三頁，共70頁。3）壓力機(jī)成型第五十四頁，共70頁。4）滾彎第五十五頁，共70頁。2、蒙皮成型技術(shù)用特殊的蒙皮拉伸機(jī)進(jìn)行成型第五十六頁，共70頁。十、鋁合金產(chǎn)品的焊縫質(zhì)量檢驗(yàn)1、外觀檢測這種檢驗(yàn)方法是以肉眼觀察為主，有時(shí)也可用低倍放大鏡觀察，外觀檢驗(yàn)的內(nèi)容主要為檢查咬邊、表面氣孔、裂紋、燒穿、焊瘤、弧坑等缺陷，以及焊縫的外形尺寸是否過高、過低、過寬等不利內(nèi)容，檢查范圍為100％焊縫，這種檢驗(yàn)通常叫VT檢驗(yàn)第五十七頁，共70頁。2、宏觀斷口檢測試驗(yàn)宏觀斷口檢測是所有焊接質(zhì)量檢測等級(jí)最高的一種檢測，目前，僅在質(zhì)量有嚴(yán)格要求的產(chǎn)品上有此檢測要求，其他基本以PT、RT為主要檢測方法。宏觀斷口檢測主要檢測焊縫形狀、尺寸、熔深、根部、微觀組織、氣孔、HAZ微觀裂紋等是否合格，而PT、RT檢測僅能檢測氣孔、裂紋等缺陷。第五十八頁，共70頁。1）宏觀斷口檢測的內(nèi)容焊縫成形是否達(dá)到理想形狀第五十九頁，共70頁。焊縫尺寸是否符合公差要求第六十頁，共70頁。熔深是否符合要求第六十一頁，共70頁。氣孔尺寸是否超標(biāo)第六十二頁，共70頁。在10倍放大鏡下，檢測宏觀裂紋第六十三頁，共70頁。2）宏觀斷口檢測的取樣辦法第六十四頁，共70頁。2、X射線探傷根據(jù)X射線探傷法攝制、顯影后的底片黑度，評(píng)定產(chǎn)品的質(zhì)量等級(jí)一般采用三級(jí)評(píng)定方法，1級(jí)為優(yōu)良品，2級(jí)為合格品，3級(jí)為不合格品。第六十五頁，共70頁。焊縫透視質(zhì)量的等級(jí)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)如下：（1）焊縫存在裂紋、未熔合或未焊透（雙面焊）時(shí)，應(yīng)評(píng)為3級(jí)；（2）單面焊未焊透的深度超過壁厚的15％或2mm時(shí)，應(yīng)評(píng)為3級(jí)；（3）單個(gè)缺陷尺寸在任何方向上的最大尺寸超過1/5板厚（或4mm）時(shí)應(yīng)評(píng)為2級(jí)，超過1/3板厚（或8mm）時(shí)應(yīng)評(píng)為3級(jí)；（4）缺陷數(shù)量的規(guī)定，參