轨道车辆铝合金车体焊接工艺研究

轨道车辆铝合金车体焊接工艺研究

摘要：轨道车辆车体采用铝合金进行焊接制造，在车体制造技术条件中要求极

为严格，铝合金熔点低、导热系数及热膨胀系数较大，在焊接过程中需要进行大

电流快速焊接的特点，加大了难度；通过在车体生产制造过程中不断探索、改进，逐步提高铝合金车体制造技术；减少焊接中出现的缺陷，从而提高焊接质量和工

作效率。

关键词：轨道车辆；铝合金车体；焊接工艺；

一般情况下，轨道车辆铝合金车体大部件采用挤压铝型材料焊接而成，由于

焊缝都是规则的、纵向的、平直的，所以能够自动焊接。不过铝合金的导热性较大，高出钢材的四倍，膨胀系数也刚出钢材的一倍，所以铝合金车体焊接时，有

很大的变形，且这种变形不好控制。

一、轨道车辆铝合金车体焊接工艺研究

1.工艺要求。一是焊接方法的选择。铝合金的焊接方法有很多种，铝合金车

体焊共采用了熔化极惰性气体的保护焊（MIG）、钨极惰性气体的保护焊（TIG）

和电阻点焊三种焊接方法。二是焊接速度的选择。在焊接时候，对于厚板的焊缝，为了能够保证焊接的质量在焊接的过程中使焊缝充分的融合，并且使焊缝内的气

体充分的溢出，在进行焊接的过程中一般采用较慢的焊接速度和较大的电流进行

焊接，对于薄板焊缝，为了避免焊缝过热，在焊接的过程中一般采用较快的焊接

速度和较小的焊接电流，从而保证焊接的质量。

2.铝合金车体焊接工艺。根据铝合金焊接技术的经验总结及铝合金车体焊接

变形规律，对车体总组装焊接制定了焊接工艺流程：车体预组→焊前尺寸调整→

焊前清理→自动焊接→焊后打磨。通过上述的焊接工艺流程可以看出，要控制铝

合金车体焊接质量及整体几何尺寸满足技术要求，减小车体的焊后调修量；必须

加强过程控制，通过在预组及焊前尺寸调整过程中对铝合金车体几何尺寸进行预

变形控制，减小车体焊接变形，提高焊接质量。一是车体焊接几何尺寸控制。铝

合金车体焊接过程中，由于焊缝的中心线与结构截面的中性轴（通过重心的轴）

不重合或不对称，导致了车体焊接完成后侧墙发生弯曲变形。这种变形在车体焊

接中主要表现在车体焊接后侧墙直线度、宽度、高度及对角线发生变化，不能满

足技术要求；通过实践从焊接顺序、预变形控制等方面制定了相应的工艺措施，

主要措施如下：（1）在车体焊接顺序方面，为尽量减小焊接不对称引起的变形，焊接方向一致从一端向另一端焊接；焊接时要对称焊接，一二位侧同时焊接。（2）在预变形控制方面主要是在焊接前通过专用工艺装备及测量设备测量出车

体侧墙直线度、车体宽度、高度及断面对角线，根据记录数据分析，通过手拉葫芦、工艺顶杆等工具对车体进行预制变形。二是焊前变形控制。概括起来，焊前

变形控制方法分为三种：（1）预拉伸法，其有加热拉伸和机械拉伸两种途径；（2）预变形法或者反变形法；（3）刚性固定组装法，采用夹具或刚性胎具等。

通常情况下，大部件均采用整体反变形技术、压铁反变形技术、大刚度卡具防变

形技术等。研究发现，通过数值模拟计算和预拉伸焊接试验的方法，能够有效控

制铝合金焊接板纵向残余应力，此外平面变形以及纵向挠娶的程度也大幅度降低。在铝合金车体生产的过程当中，在横向上压惊铝合金防止其横向变形。但是仅通

过这种措施是远远不够的在刚性固定工装完全松开之后，变形一定会反弹，如果

这个时候再次实施焊接，反变形量还会加大，所以也需要实施预留反变形措施。

简单来说，当焊完一侧准备焊另一侧之前，要预留一定的反变形量。所以，控制

焊接变形的关键在于二次焊接一定要预留反变形量。三是焊后变形控制。焊后变

形控制就是对变形件进行矫正。针对铝合金车体的大部件，因为变形程度较小，

采用火焰调形法就能完全矫正部件的变形，而且成本低、易操作。因为较大的热

输入会是铝合金的组织性能降低，因此使用热冷综合调形法时要严格控制温度。

实验证明，温度在175℃以下的情况，铝合金的组织性能和力学性能不会发生太

大变化。四是随焊变形控制。概括起来，随机变形控制方法分为五种：（1）限

制和缩小焊接受热面积，比如采用冷却法；（2）优选焊接方法；（3）优化焊接

工艺参数，尽量减少焊接热输入；（4）采用新型焊接应力低、焊接变形小的焊

接方法；（5）采用合理的焊接顺序。从国内来焊接变形控制的方法来看，都部

分都是采用MIG自动焊的方式，并且双丝脉冲MIG焊技术已经越来越成熟。因

为使用MIG自动焊技术本身就带有较高的热输入，所以在制定焊接工艺的过程中

防治其他较高的热输入，避免出现较大的残余应力和焊接变形。在优化焊接顺序

方面，取得了很好的效果，大大减少了焊接变形的程度。在优选焊接方法方面，

株洲电力机车厂采用龙门压紧机构将对接的车顶盖板焊缝两侧进行压紧，多次跳

焊长缝，有效的控制焊接变形。

二、轨道交通车辆用铝合金焊接工艺的应用策略

当前轨道交通车辆的主要原材料是铝合金。轨道交通车辆因铝合金的投入使用，其重量得到大大的减轻，车辆运行的速度也因此得到提高。轨道交通车辆生

产的重要环节--铝合金焊接技术应给予高度重视，尤其是相关工艺的技术研究和

应用研究方面，务必给予高度重视，这是非常必要的。

1.重视铝合金焊接工艺的创新。国内铝合金焊接工艺在实践中常会暴露出一

些问题，作为轨道交通车辆生产企业应鼓励广大生产一线的职工重视技术创新。

国外的铝合金焊接技术相对比较发达，向国外优秀的铝合金点焊工学习对技术的

提升是非常有效。另一方面，在企业内部或行业内部开展技术竞赛，通过竞技的

方式促进点焊技术的不断提升。

2.重视铝合金激光焊接技术的应用。当前比较先进的焊接技术即是铝合金激

光焊接技术。能量密度高、热量小是该技术具备的2个特点，因此焊件的变形和

裂纹因该技术的使用而在焊接过程中不会产生。此外，一些细微的焊件因该种技

术冷却速度快而有较好的焊接效果。如今，只有铝合金激光焊接技术能够对轨道

交通车辆的坚固性、稳定性、美观性的达到要求，但并不成熟的激光焊接技术工

艺还需要克服一些技术难点。

3.重视铝合金焊接设备的开发研究。铝合金焊接的关键因素即是焊接设备。

焊接的质量和效率深受焊接设备的功率、焊束的能量密度、焊接速度等等因素的

影响。此外，工人的工作环境也直接受焊接设备的先进性的影响。因此，要想提

高铝合金焊接工艺的水平，开发性能高、效率高、安全系数高的自动化焊接设备

是关键。

4.不断改善焊接工人的作业环境。人是任何工艺水平提升的基础。因而，安

全舒适的工作环境对于焊接工人来说是非常必要的。然后实际操作时，高温环境

时常出现在焊接过程中，伴随着焊接时大量化学材料的使用，这将严重影响工人

的身体。因而，污染性高的焊接工艺在轨道交通车辆生产过程中应尽量避免使用。铝合金技术应用的重要标准就是重视工人作业环境的改善，这是非常必要的。

焊接工艺作为轨道车辆生产制造的核心技术，是衡量车辆装备制造能力的重

要标志之一。焊接技术水平的提升直接关系到车辆品质、制造成本及生产周期。

近几年来，随着高速铁路的迅速发展和城铁车辆市场的扩大，原有的焊接制造工