轨道车辆铝合金焊接缺陷分析

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摘要：随着中国高速铁路的快速发展,铝合金焊接技术也在飞速发展，铝合金焊接在轨道客车的生产制造过程中也得到了广泛的应用。由于铝合金其材料本身的特殊性，也给焊接操作者带来了很大的难度，要想生产制造质量高、安全性强的轨道客车车体就需要掌握好铝合金焊接技术，并且掌握铝合金本身的基本特性，包括其焊接特点、焊接材料、焊接方法和焊接设备，掌握这些的最根本目的是避免在焊接过程中出现焊接缺陷。本文就已轨道客车为例，探讨铝合金焊接容易产生的缺陷及其预防措施。

关键词：安全性；焊接质量；风险预防；缺陷分析

一、铝合金区别其他金属的特殊性质

铝合金外观银白色，密度小、电阻率低，热膨胀系数和导热系数大，有很好的耐腐蚀性和较高的强度比，对光、热等都具备较高的反射率，削磨时无火花和磁性。铝合金易被铸造、冲压、施压、拔丝和拉形等各种方法制造成不同外形的制品，易加工，并且速度快，这是国家生产大量铝合金零部件的原因。铝合金暴露在空气中或者在焊接过程中极易氧化，会形成一种粘着力很强且耐热的氧化铝薄膜，氧化膜很稳定而且很难去除，妨碍焊接过程的进行，在焊接过程中易形成气孔、残渣等缺陷，同时降低焊接接头机械性能。其液体熔池很容易吸收气体，在高温下融入大量氢气，在焊接冷却过程中易形成气孔，在高温下的强度和塑性低，易形成塌陷、烧穿等缺陷。

二、焊接缺陷的类型和原因的产生

通过长时间对轨道客车铝合金车体制造过程中出现的焊接质量问题来分析，铝合金焊接过程中容易产生气孔、错边、裂纹、未融合、未焊透、咬边、焊塌等焊接缺陷。通过研究分析，可以得到以下原因：1.焊接打底和盖面由于焊透性不强导致焊缝出现，焊缝包含咬边、外观不均、余高超标、形成粗糙等多种；2.温度的变化会改变铝合金的状态，使其强度、塑性都很低，将这个温度范围称为脆性温度区间，当铝合金在这一区间范围内最容易导致出现焊接裂纹；3.铝合金氧化膜吸附的水分在高温下分解，产生的氢气不能逸出，残留在熔核中形成气孔，同时铝合金也比其他金属更易出现气孔；4.当融化的金属受到挤压从电极与工件接触面或工件界面的缝隙挤出来的现象就是飞溅；5.由于焊接电流过小或者速度太快造成热输出不足，在焊缝金属与母材之间或焊道金属之间未完全熔合和结合形成未熔合，也会形成未焊透；6.在焊接过程中，由于料件的特殊性或者是间隙太大导致熔深超过工件厚度，融化金属自焊缝背面流出，形成穿孔性缺陷，即为烧穿；7.由于电弧高温引起的变形，包括缩短、角度改变、弯曲变形等情况均为焊接变形；8.当单面焊时由于热输入过大时，熔化金属过多而使液态金属向焊缝背面塌陷，并形成凸起，导致正面下塌的现象叫焊塌；9.当料件尺寸不合格，装配不符合技术要求，此时点固、打底及填充焊接过程中产生会产生工件在厚度方向上错开一定的位置叫错边。

三、铝合金焊接缺陷的防控措施

1.操作者需要做好焊前准备，细致而充分的焊接准备，施工的温度，技术参数的掌握，铝合金工件结构的了解等都是实现优质焊接的重要前提；2.由于铝合金容易形成氧化膜的金属特性，其氧化膜容易吸收水分，会妨碍焊缝的良好熔合，也容易形成气孔和夹渣，因此在焊接前需要对铝合金工件进行清理，即使不是氧化膜而是油污、铁屑等也都需要严格对待，是保证焊接质量的工艺措施；3.由于铝合金在高温时强度极低，在焊接时容易形成烧穿或者塌陷，故需要使用焊接垫板，用来拖住金属，垫板应该具备对底部焊缝有激冷作用，不但减少热对焊接件的影响，还能保证焊接接头的性能；4.在铝合金工件进行焊接时，尽可能制作特殊的焊接工装，能够夹持工件保证焊枪的可达性良好，提高焊接质量；5.由于部分部件具备特殊性，如果焊接前可以预热，预热对焊接有利，消除金属表面的湿气，减小各个部件的温度差，从而减少气孔、裂纹、变形等可能性，同时更有效的加快焊接速度，提高焊接质量；6.使用高纯度氩气，选用最优的焊接方法，使用合理的技术参数，都是提高焊接质量的措施。

四、结束语

由于铝合金车体部件结构不同，产生的焊接也缺陷不一样。焊接缺陷的产生可能是原材料问题、焊前处理不符合要求、操作手法掌握不对等原因造成；焊工操作水平差，无法合理匹配焊接工艺参数，人为原因和环境因素的影响，也是产品质量低，焊接缺陷产生的重要原因。由本文分析可得出工件结构、施工环境、焊接时热输入、操作人员的技术水平等都会影响焊接质量，其中任一因素的出现都会导致焊接缺陷影响车辆的质量和安全，所以预防为主才是保证质量和安全的重要途径。

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作者：姚鑫 单位：中车长春轨道客车股份有限公司