华东交通大学 动车组制造工艺 铝合金车体制造工艺

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1、 铝合金车体制造工艺基础篇 铝合金车体是轨道交通车辆上 的重要部件，一般来讲，轨道交 通车辆主要由以下几部分构成： 底架、侧墙、端墙、车顶、车头 五部分。一、铝合金分类 1、时效硬化铝合金 时效硬化铝合金指的是含有镁、硅、锌或铜的 铝合金通过退火、淬火和时效可以获得较高的抗 拉强度的铝合金。 在室温状态下通过数天的时间自然时效，也可在 80C和160C之间的温度下加快时效，例如60 C 时，时效60小时，120 C时，时效24小时，可以 得到相同的时效效果。人工时效还取决于焊件的 大小，越大的焊件，时效时间越长。 车辆用铝合金 2、非时效硬化铝合金非时效硬化铝合金在热处理后不硬化。它 们从固溶

2、处理中得到较高的强度（与纯铝 相比）。ALMg和Al-Mn合金是典型的非 时效强化铝合金。 3、铸造铝合金 通过向铝中添加硅可得到铸铝合金。 4、牌号 1） 1000系列（工业用纯铝） 主要用途：家庭用品，机器零件装饰品、 反射镜等。 2） 2000系列（铝铜合金） 主要用途：主要用于飞机材料，铆钉结构 件。 3）3000系列（铝锰合金） 主要用途：主要用于建材的成形加工材料 。常用于制做锅、水壶等容器，以及热交 换器零部件等。 4） 4000系列（铝硅合金） 主要用途：常被用做焊条（电极焊丝）及 硬钎焊用填料。常用于制做补强件，热交 换器等。 5）5000系列（铝镁合金） 主要合金成分：Mg

3、(0.25.6%)，只添加镁 或同时还添加锰的铝合金为非时效硬化铝 合金。 特点：耐海水腐蚀、焊接工艺、成形性好 ，强度比较高。 主要用途：最近多被用做焊接材料。常用 在建筑、船舶车辆、机械零件、饮料罐等 方面。 6）6000系列（铝镁硅合金） 主要合金成分：Mg(0.451.5%)，Si(0.21.2%) ，属时效硬化铝合金。 主要用途：结构材料、建筑用窗框、土木建筑用 品，螺栓铆钉等。 7）7000系列（铝锌镁合金） 主要合金成分：Zn(0.56.1%)，Mg(0.12.9%) ，Cu(0.12.0%)，属高强度时效硬化铝合金。 特点：焊接工艺性、耐腐蚀性都不好，是现在铝 合金中强度最高的

4、材料，被称为超超硬铝，抗拉 强度500Mpa。 主要用途：飞机结构材料，体育用品，车辆结构 材料二、铝及铝合金材料的焊接特性 1、熔点 可焊接的商用铝合金的熔化温度大约在560- 620。在焊接过程中容易产生焊穿。 2、热传导 铝及铝合金的导热系数大，导热速度是钢的3倍。 厚板预热 3、热膨胀 焊接坡口的形状和焊缝数量是影响变形量 的主要因素，双面对接焊的变形量通常比 多焊道V型坡口焊的变形量要小得多。 焊接速度较低时，热输入量多会导致更大 的膨胀，并且在冷却的过程中收缩也较大 。热输入量不充足会导致焊缝熔化不良， 产生未焊透和未熔合等缺陷。焊前预热可 降低产品的变形程度和产生裂纹的倾向， 并

5、能提高焊接速度。 4、铝合金焊后残余应力处理的方法 铝的线膨胀系数是钢的3倍，这就意味着会 有严重的扭曲变形和高的残余应力。 一个降低焊接残余应力的方法是敲击法 （用1kg的圆头铜锤敲击焊缝金属），可降 低残余应力水平。对于薄件一般不适合采 用敲击法。对于薄工件，如果要求降低残 余应力，建议采用热处理方法。 5、铝及铝合金表面氧化膜的影响 氧化膜熔点为2050 -氧化膜易吸附水分，焊接时容易产生气孔； -氧化膜不导电，焊接时会使电弧不稳； -氧化膜的密度大，焊接时破碎的氧化膜将沉积 在熔池中形成夹杂； -氧化膜熔点高，会阻碍填充金属和母材的熔合 ，易产生氧化物夹渣，因此焊接之前6、铝合金材料中

6、合金元素成 份对性能及焊接的影响 镁Mg含量在0.3-7%之间时，增加强度和改善颗粒 性的作用。 锰Mn含量在0.3-1.2%之间时, 起耐海水腐蚀和增 加强度的作用。 铜Cu含量在5%以下时，影响耐腐蚀性、提高淬 火性。 硅Si含量一般控制在12%以下，能够起到降低铝 合金熔点的作用。AlSi12常用作铝合金钎焊材料 。硅的加入，也会带来金属纹理结构变粗，金属 收缩变小，抗裂纹增强。 对裂纹产生影响最大的是Si、Mg、Cu含量 指出铝合金焊接最危险的热裂纹敏感区间 为Mg含量在0.5和2.5之间、Si含量在0.3 和1.5之间时，裂纹倾向最大。三、焊接保护气体 1. 氩气 焊接铝合金薄板时，

7、主要使用纯氩气保护，这主要是因 为纯氩气保护时的热输入量较小、熔深浅的原故。 2. 氦气 氦气（He）也是惰性气体，焊接过程中，吸热小，熔池 停留时间长，因此氦气保护焊接时气孔倾向小。但由于纯 氦气保护焊接时，电弧稳定性差、短路过渡形式等缺点， 故一般不单独使用。 3. 氩氦混合气体 如果用于大厚度铝合金板材的焊接或散热系数更大的铜 合金的焊接时，可以增加氦气的四、铝及铝合金焊前清理、焊缝修 理、焊后处理工艺 1、焊前清理 除油、除污处理 处理办法是将工业丙酮注入一点到矿泉水瓶中 ，在瓶盖上扎几个小孔，使丙酮能够成雾状喷到 铝合金表面上，然后用工业擦拭纸或布擦拭表面 就可清洁表面的油污。用丙酮

8、做清洁剂主要是利 用丙酮的高挥发性和高溶解性，但过量使用会危 害人体健康和影响环境安全。 铝合金焊前打磨清氧化物 一般采用直径0.3mm以上的不锈钢丝做 刷子， 打磨工具主要有两种类型：风动打磨和手 动打磨。 风动打磨主要有角向砂轮配杯型碗刷和纵 向砂轮配柱状钢丝刷角向砂轮配合杯型碗刷工作的示意图纵向砂轮配合柱状刷的工作示意图 角向砂轮配杯型不锈钢碗刷轻巧灵活，工作效率 慢， 纵向砂轮配合柱状钢丝刷，打磨速度快，但工具 比较重，工作负荷大。常用柱状刷示意 对于狭小空间打磨，也常采用直柄砂轮配 指状钢丝刷来完成 手动刷-打磨量不大或风动工具难以施展 的部位，手动刷的钢丝不宜过硬，过硬人 工操作不

9、舒适，过软，不能实现功能，钢 丝要选择不锈钢材料，钢丝镀铜的表面不 推荐使用。2、焊缝修理 铝及铝合金焊接过程中，不可避免会产生 焊接缺陷，如融合不良、弧坑裂纹、焊接 起弧成型不好、焊瘤、熔深不够、夹渣等 缺陷需要去除 1）长缺陷初级修理 超过500mm以上焊缝需要清除重焊，或焊 缝清根焊接时，常用片刀和角向砂轮配合 完成初步切除 （2） 精确修理焊缝 主要有旋转锉和砂纸环两种办法。 旋转锉修理：悬转挫有球头、锥形、 柱状等形状 砂纸环或千叶片修理 对于表面焊缝的成型修理，一般采用砂纸 环修理五、铝及铝合金加热处理工艺 1、 焊前预热 预热时间对AlZnMg合金强度影响如下： 预热2min，再

10、冷却到室温的强度值为 350MPa 预热6min，再冷却到室温的强度值为 320MPa 预热10min，再冷却到室温的强度值为 280MPa 预热温度对材料抗拉强度影响 2、焊后火焰调修 计火焰的温度。焊接变形调修需要火焰加 热，加热位置原则上只能在焊缝位置 3、焊后处理 焊件进行完全的重新热处理是不实际的， 焊件可以在固溶热处理状态下焊接，焊后 进行人工时效处理。6、铝合金常见焊接缺陷、原因分析 气孔、咬边、起楞、裂纹、未焊透等均定 义为工艺缺陷。 1）气孔 铝合金焊接过程中最容易出现的焊接缺陷 外在导致原因: 环境湿度导致的气孔(氢） 焊接保护气体不当造成的气孔 油污、灰尘、赃物导致的气孔

11、 操作不当导致的气孔（当焊接前倾角度过 小或操作不稳） 焊接参数导致的气孔 内在原因： 焊丝含氢量高导致的气孔 焊丝软管质量导致的气孔 操作位置导致的气孔如横焊位置，由于在横焊位置上部，焊接 保护较差，焊接保护氩气比重比空气大， 保护气体过多地流向下方，造成焊缝上部 气孔过多。2、裂纹 1）、焊缝裂纹热裂纹 收缩应力过大产生的裂纹如改变焊接顺序、卡紧位置可缓解收缩 应力的大小。 焊接材料和母材不匹配导致的裂纹 焊角过小 2）、母材（HAZ）裂纹 3）、弧坑裂纹常见 4）、微观裂纹解决的唯一措施就是增 加焊接速度，降低热输入。2、夹渣 铝合金焊接后，在焊缝金属内部存在一些 黑点或白色亮点，这些夹

12、渣物是氧化膜的 破碎物，有时焊接过程的脏物，如熔池前 方的飞溅球溶入熔池，均会造成夹渣。3、根部未熔合和未焊透4、错边 错边是铝合金焊接中，最严重的焊接缺陷 ，错边会导致焊接深度不够、焊缝成型不 良，5、根部间隙 根部间隙通常指角接和搭接两种方式6、咬边 在焊缝两侧，熔化的金属熔化掉基体金属 一部分深度，称为咬边，7、焊缝加强高和宽度过大8、焊接背透和凸度过大七、铝合金焊接变形和调修技术1、焊接变形的影响因素 1）焊接方法的影响因素 如TIG焊接变形要大于MIG，激光焊接变形 要远小于MIG，自动焊接变形要小于手工焊 接，根据具体产品结构和性质，制定合适 的焊接方法。 2）拘束度的影响因素卡紧

13、力。 3）、结构刚度的影响因素 4）焊接顺序的影响因素 -先短后长（先焊接短焊缝，再焊长焊缝）； -先里后外（在一个结构上，先焊内侧焊缝，再焊外侧焊 缝，避免外侧对内侧的影响而不好处理）； -先中心后两侧（从结构中部开始向两侧焊接，使膨胀和 收缩对结构影响最小）； -先平后仰（先焊接平位置焊缝，最后焊接不好焊的位置 ）； -最后焊接具有最大收缩的焊缝； -对于一个焊道，一旦开始焊接后，就不要间断，一直焊 完； -对于对称焊接，最后一道焊道要给焊接变形留一定收缩 空间，保证最后焊接的焊缝有变形的位置，而没必要在工 装卡具上做出焊接反变形。3、调修 1）火焰调修变形不大 2）机械调修对于焊缝规则混

14、乱，很难 判别调修受力方向的结构，可以采用机械 调修的方法3）热、冷综合调修八、焊接方法 1、搅拌摩擦焊原理 2、铝合金车体MIG 3、TIG 九、铝合金冲压技术 1、 弯曲成型技术 1）折弯 2）拉弯 3）压力机成型 4）滚弯2、蒙皮成型技术 用特殊的蒙皮拉伸机进行成型十、铝合金产品的焊缝质量检验 1、外观检测 这种检验方法是以肉眼观察为主，有时也 可用低倍放大镜观察，外观检验的内容主 要为检查咬边、表面气孔、裂纹、烧穿、 焊瘤、弧坑等缺陷，以及焊缝的外形尺寸 是否过高、过低、过宽等不利内容，检查 范围为100焊缝，这种检验通常叫VT检验 2、宏观断口检测试验 宏观断口检测是所有焊接质量检测

15、等级最 高的一种检测，目前，仅在质量有严格要 求的产品上有此检测要求，其他基本以PT 、RT为主要检测方法。宏观断口检测主要 检测焊缝形状、尺寸、熔深、根部、微观 组织、气孔、HAZ微观裂纹等是否合格， 而PT 、RT检测仅能检测气孔、裂纹等缺陷 。 1）宏观断口检测的内容 焊缝成形是否达到理想形状 焊缝尺寸是否符合公差要求 熔深是否符合要求 气孔尺寸是否超标 在10倍放大镜下，检测宏观裂纹 2）宏观断口检测的取样办法2、X射线探伤 根据X射线探伤法摄制、显影后的底片黑度 ，评定产品的质量等级一般采用三级评定 方法，1级为优良品，2级为合格品，3级为 不合格品。 焊缝透视质量的等级评定标准如下： （1）焊缝存在裂纹、未熔合或未焊透（双面焊） 时，应评为3级； （2）单面焊未焊透的深度超过壁厚的15或 2mm时，应评为3级； （3）单个缺陷尺寸在任何方向上的最大尺寸超过 1/5板厚（或4mm）时应评为2级，超过1/3板厚（ 或8mm）时应评为3级； （4）缺陷数量的规定，参照EN10042铝及铝合 金缺陷极限值标准。3、超声波探伤检验 取