一种轨道车辆车体用长大铝型材焊接变形量防控方法与流程

本发明涉及一种轨道车辆车体用长大铝型材焊接变形量防控方法，，特别是针对弧面、平板状6N01长大铝型材在MIG自动焊接工艺拼焊过程中产生超出工艺尺寸要求的收缩及变形加以防控。

背景技术：

目前，轨道车辆一般采用MIG自动焊接工艺对铝型材进行焊接，而轨道车辆对型材要求很高，MIG自动焊接工艺拼焊超大超宽的铝合金型材时，由于焊接热循环作用，容易使铝型材发生横向变形(包括角变形)和纵向收缩，影响产品的轮廓度和长度。现有技术中，一方面依靠工装夹具来限制焊接过程中的变形，该措施效果不理想；另一方面依靠焊后校正来使整体尺寸满足公差要求，但超大超宽铝合金型材拼焊后校正难度大，费时费力，严重影响生产效率。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提一种轨道车辆车体用长大铝型材焊接变形量防控方法，所述防控方法包括对铝型材的制备过程的防控和对铝型材焊接过程的防控；

所述铝型材的制备过程依次包括熔炼、精炼、铸造、均质、挤压、拉直、锯切和时效，经过锯切的铝型材结构包括第一焊接铝型材和第二焊接铝型材，所述第一焊接铝型材一端的第一端面上垂直延伸出公爪，所述第二焊接铝型材一端的第二端面上垂直延伸出母爪，所述公爪卡接在母爪的内表面，且所述公爪的前端与第二焊接铝型材形成的第二端面接触连接；所述公爪比母爪长0.4mm-1mm。

本发明的有益效果是：本发明的铝型材结构采用公爪长度略长于母爪长度，即插口外有间隙的形式，使型材拼接后插口外部留有0.4mm-1mm的间隙，该结构可有效阻碍焊接过程中热输入造成的型材收缩变形，释放残留的热应力；且公爪的尾端与第二焊接铝型材形成的端面接触连接，可有效限制两种型材在焊接热输入影响下发生的位移，从而避免了焊接变形。

进一步，所述公爪包括上公爪和下公爪，所述上公爪和下公爪相互平行设置在第一端面的上下两端；所述母爪包括上母爪和下母爪，所述上母爪和下母爪相互平行设置在第二端面的上下两端；所述上公爪卡接在上母爪的内表面，所述下公爪卡接在下母爪的内表面。

进一步，所述铝型材在挤压过程中采用480℃-500℃的模具温度、510℃-530℃的铝棒温度、3m/min-5m/min的挤压速度、175℃/min-200℃/min的冷却速率挤压铝型材。

采用上述进一步方案的有益效果是：铝型材在挤压淬火过程中，如果淬火速度过快，会导致大量的残余热应力，淬火速度过慢，会导致型材晶粒粗大；在微观尺度上，较小应力的最直接表现为晶格畸变，较大应力表现为位错缠结(高密度位错、位错胞、位错墙等)或微裂纹；由于位错可以通过晶界释放，因此，不同晶粒尺寸的材料对位错(应力)的容纳能力不一样，晶粒越大，位错越容易在晶内缠结，晶粒越细，位错越容易穿过晶粒消失在晶界；采用冷却速率175℃/min-200℃/min可有效防止材料在焊接的残余热应力作用下的形变程度。

进一步，所述时效过程为：将锯切成型的铝型材在165℃条件下保持8h。

进一步，所述焊接过程为：所述公爪和母爪之间压接形成焊接口，每隔六个焊接口在焊接铝型材上表面施加17对压紧机构，每两个17对压紧机构之间的焊接铝型材上表面施加4对压紧机构，每对压紧机构的压力均为0.7Mpa；对组装压紧后的铝型材焊接口先采用段焊，再采用MIG焊接。

采用上述进一步方案的有益效果是：在焊接时，采用压紧机构对焊接铝型材进行压紧，压紧机构为压紧工装，包括底部支撑部和上压紧部，可有效限制材料在焊接过程中发生形变，保证型材不受压紧力的损伤。

附图说明

图1为本发明铝型材结构的公爪和母爪连接结构示意图；

图2为本发明铝型材焊接时压力分布图；

图3为现有技术中铝型材结构的公爪和母爪连接结构示意图；

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、第一焊接铝型材；11、上公爪；12、下公爪；13、第一端面；2、第二焊接铝型材；21、上母爪；22、下母爪；23、第二端面；3、焊接口。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

本发明的一种轨道车辆车体用长大铝型材焊接变形量防控方法，该防控方法包括对铝型材的制备过程的防控和对铝型材焊接过程的防控；本实施例先从铝型材的生产制备过程进行了改进，该铝型材在生产制备时，采用的制备方法包括熔炼、精炼、铸造、均质、挤压、拉直和时效，其中，熔炼、精炼、铸造、均质、拉直和时效过程均采用行业标准进行，而铝型材在生产挤压过程中，由于铝型材断面宽度处在300mm-350mm之间，选用56MN的挤压机进行挤压生产，挤压过程采用480℃-500℃的模具温度、510℃-530℃的铝棒温度、3m/min-5m/min的挤压速度、175℃/min-200℃/min的冷却速率进行在线风冷淬火，淬火后待铝型材冷却至室温后施以1.5％的预拉伸量。采用上述挤压条件生产的铝型材进行焊接，主要原因是：铝型材在挤压淬火过程中，如果淬火速度过快，会导致大量的残余热应力，淬火速度过慢，会导致型材晶粒粗大；在微观尺度上，较小应力的最直接表现为晶格畸变，较大应力表现为位错缠结(高密度位错、位错胞、位错墙等)或微裂纹；由于位错可以通过晶界释放，因此，不同晶粒尺寸的材料对位错(应力)的容纳能力不一样，晶粒越大，位错越容易在晶内缠结，晶粒越细，位错越容易穿过晶粒消失在晶界；表1为不同冷却速率和拉直量条件下铝型材的横向变形量、纵向变形量和弧度间隙，由表1可以看出，采用冷却速率175℃/min-200℃/min可有效防止材料在焊接的残余热应力作用下的形变程度。

表1不同工艺条件下得到的铝型材的形变量

对上述挤压方法产生的铝型材进行锯切，锯切而成的型材结构如图1所示，该铝型材的结构包括第一焊接铝型材1和第二焊接铝型材2，第一焊接铝型材1一端的第一端面13上延伸出公爪，第二焊接铝型材2一端的第二端面23上延伸出母爪，公爪卡接在母爪的内表面，且所述公爪的尾端与第二焊接铝型材2形成的第二端面23接触连接；公爪包括上公爪11和下公爪12，上公爪11与下公爪12均与第一焊接铝型材1的上表面平行，上公爪11和下公爪12相互平行竖直设置在第一端面13的上下两端；母爪包括上母爪21和下母爪22，上母爪21和下母爪22均与第二焊接铝型材2的上表面平行，上母爪21和下母爪22相互平行竖直设置在第二端面23的上下两端；上公爪11卡接在上母爪21的内表面，下公爪12卡接在下母爪22的内表面；公爪比母爪长0.4mm-1mm。图3为现有技术中的铝型材焊接结构，该结构中公爪比母爪略短，即在公爪和母爪形成的焊接口内侧有间隙，两种型材在焊接热输入影响下以发生收缩靠近的形式释放热应力，由于公爪与第二焊接形成形成的端面之间留有间隙，而母爪与第一焊接型材之间接触连接，故无法限制两种型材内侧面发生位移，容易使外侧错开，从而产生焊接变形。对锯切合格的铝型材结构进行时效处理，时效温度为165℃，时效时间为8h。

本发明的一种轨道车辆车体用长大铝型材焊接变形量防控方法，还包括对铝型材焊接过程的改进，如图2所示，采用上述铝型材结构进行焊接，公爪和母爪之间压接形成焊接口3，每隔六个焊接口在焊接铝型材上表面施加17对压紧机构，即在图2中的A位置施加17对压紧机构，每两个17对压紧机构之间的焊接铝型材上表面施加4对压紧机构，即在图2中的B位置施加4对压紧机构，每对压紧机构的压力均为0.7Mpa；对组装加紧后的铝型材先采用型材段焊，焊缝长度为50mm，间距为1m。再对段焊后的铝型材采用MIG焊接，为了保证焊接质量，提前进行焊接试验确定最佳焊接参数，最佳焊接参数为：焊接电流为180A-190A，焊接电压为20.5V-21.5V。待经过焊接的焊缝温度冷却至室温后松开压紧，将铝型材进行翻转，按照上述压紧方式压紧固定，再对铝型材的下表面进行段焊和MIG焊接。焊接完成后，待焊缝位置冷却至室温后松开压紧力，焊接完毕后对铝型材纵向和横向长度尺寸进行测量，焊接收缩量≤1mm。采用上述焊接方法，一方面可以有效的限制铝型材材料在焊接过程中发生的形变，另一方面能够保证铝型材不受压紧力的损伤。

本发明从铝型材的生产工艺约束条件、型材结构和焊接方法三方面对轨道车辆车体用长大铝型材焊接变形量进行防控，可有效防止现有轨道车辆车体用铝型材在焊接过程的变形。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。