合金車體變形及其控制策略探析

王峰 閆汝明 李繼寶

摘要：伴隨我國(guó)軌道車輛生產(chǎn)研發(fā)日益成熟，“合金車體變形”作為影響合金車體質(zhì)量、穩(wěn)定安全重要因素，其重要性不言而喻。通過近年來大多研究發(fā)現(xiàn)，“合金車體變形控制”的科學(xué)性與優(yōu)化性對(duì)提升合車體結(jié)構(gòu)穩(wěn)固、安全保障、質(zhì)量鞏固十分關(guān)鍵。本次研究將合金車體變形及其控制策略進(jìn)行分析研究，為下一步工作開展提供依據(jù)參考。

關(guān)鍵詞：合金車體;變形;焊接工藝

前言：“合金車體變形”是當(dāng)下我國(guó)軌道車輛制造面臨棘手問題之一，具有較大的意義影響。然而現(xiàn)階段有關(guān)我國(guó)合金車體變形及其控制策略研究相對(duì)較少，基于該問題現(xiàn)狀，要求行之有效的方法對(duì)其進(jìn)行分析研究，如建立精細(xì)化管理模式、制定與實(shí)施發(fā)變形焊接技術(shù)、提高焊接人員專業(yè)技能、采用反變形方法等，等，本次研究對(duì)合金車體變形及其控制策略進(jìn)行分析，有十分重要的理論意義。

一.合金車體特點(diǎn)概述

隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)不斷創(chuàng)新，新型交通軌道車體材料逐漸投入應(yīng)用。其中，“合金”物質(zhì)作為當(dāng)下交通軌道車體主要材料，其重要性不言而喻。合金材料主要以鋁合金為主，其車體結(jié)構(gòu)與自身重量較輕，極易適用于高速行駛與軌道運(yùn)用。因此，鋁合金材料一度受到諸多交通軌道車體制造公司青睞。其特點(diǎn)如下：第一、相對(duì)于碳鋼材料而言，鋁合金型材密度較小，且重量較輕，這些都可以起到提升車體運(yùn)行速度與穩(wěn)定安全。第二、鋁合金材料導(dǎo)熱系數(shù)較大，這樣就造成在焊接過程中極易產(chǎn)生變形。通過相關(guān)數(shù)據(jù)對(duì)比得出，鋁合金車體在焊接中相對(duì)于碳鋼車體變形可能性頗大。第三、合金車體在成本方面相對(duì)于較為節(jié)約，對(duì)提升生產(chǎn)效應(yīng)、降低成本起到一定作用。

二、合金車體變形的影響分析

合金車體變形不是單一片面的簡(jiǎn)單流程，而是基于材料選擇與焊接弊端的必然產(chǎn)生。所以，針對(duì)合金車體變形的可能性，對(duì)其影響進(jìn)行分析研究十分重要。合金車體變形影響如下：第一、一旦合金車體在焊接過程中發(fā)生變形，會(huì)直接對(duì)焊接結(jié)構(gòu)尺寸造成影響，如形狀超差等。同時(shí)，也會(huì)對(duì)造成一定的裂縫出現(xiàn)，具體體現(xiàn)在焊接銜接處質(zhì)量不牢靠等。第二、會(huì)對(duì)焊接接頭的承載能力與性能造成加大影響，導(dǎo)致焊接整體質(zhì)量與車體結(jié)構(gòu)安全指數(shù)下跌。所以，從上述兩點(diǎn)影響分析后發(fā)現(xiàn)，針對(duì)合金車體變形的可能性出現(xiàn)進(jìn)行應(yīng)對(duì)研究尤為重要，將焊接工藝與變形規(guī)律進(jìn)行結(jié)合，進(jìn)而為提升合金車體整體質(zhì)量奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

三、造成合金車體變形的原因分析

通過對(duì)生產(chǎn)加工幾相關(guān)研究后發(fā)現(xiàn)，造成合金車體變形原因諸多，其中以下幾種較為常見。首先，在焊接過程中受其溫度不均勻、不規(guī)則影響，導(dǎo)致焊接應(yīng)力與焊接變形出現(xiàn)。同時(shí)，該不規(guī)則溫度引起的局部塑性變形、比容不同組織也是造成變形的重要原因。其次，在焊接過程中造成的高溫區(qū)域、低溫區(qū)域的相互擠壓也是造成變形的主要原因。而在冷卻過程中冷卻快材料極易受到冷卻慢材料拉伸，這樣就使焊縫中形成差異性較大的收縮幾內(nèi)應(yīng)力，造成焊接變形出現(xiàn)。

四.合金車體變形控制具體措施

一.采用反變形方法

反變形方法時(shí)當(dāng)下較為常見的變形控制措施之一，主要是針對(duì)鋁合金車體焊接件變形規(guī)律進(jìn)行的有效控制。首先，在對(duì)其進(jìn)行焊接前需要對(duì)焊件進(jìn)行方向選擇，主要選擇方向是與可能變形方向相反，即進(jìn)行人為變形。主要原理是反變形量與焊接變形量相等。進(jìn)而將焊接變形進(jìn)行互相抵消。例如：反變形方法主要應(yīng)用在車頂大構(gòu)件焊接作業(yè)中。在邊梁組件中預(yù)設(shè)一個(gè)反變形量。這樣就會(huì)讓車頂處在反變形條件下，然后對(duì)其進(jìn)行焊接施工。并將該焊接可能出現(xiàn)的變形控制在規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)條件之下。

（二）制定與實(shí)施發(fā)變形焊接技術(shù)

如何應(yīng)用反變形焊接工藝，不是單一片面的簡(jiǎn)單流程，而是更為科學(xué)、合理的系統(tǒng)布局。需要對(duì)其進(jìn)行組織設(shè)計(jì)與步驟規(guī)劃。以開放式結(jié)構(gòu)圓頂形狀板車頂組成焊接為主。其焊接工藝流程如下：1對(duì)圓頂板進(jìn)行分組焊接、2對(duì)邊梁組件進(jìn)行焊接、3對(duì)彎梁、相關(guān)組件、端板等進(jìn)行加工、4對(duì)車頂總成部分進(jìn)行安裝焊接、5對(duì)車頂總成進(jìn)行反裝焊接、6對(duì)該焊接工藝進(jìn)行檢測(cè)、調(diào)修。綜上所述，通過對(duì)開放式結(jié)構(gòu)圓頂形狀板車頂組成焊接流程介紹，將其順序性進(jìn)行闡明，而實(shí)際焊接作業(yè)中需要根據(jù)具體情況進(jìn)行針對(duì)調(diào)整。

（三）提高焊接人員專業(yè)技能

鋁合金車體變形的主要因素是焊接人員工藝、技能薄弱，從焊接工藝角度出發(fā)，將人的能力進(jìn)行提升十分重要。首先，應(yīng)該建立焊接人才培養(yǎng)體系。根據(jù)軌道車輛大批生產(chǎn)現(xiàn)狀，將焊接質(zhì)量與車輛產(chǎn)量進(jìn)行同步提升尤為關(guān)鍵?？梢圆捎眯Ｆ蠛献鞣绞剑缗c中職、技校進(jìn)行學(xué)產(chǎn)合一聯(lián)合辦學(xué)，使優(yōu)秀焊接人才進(jìn)入企業(yè)。其次，加強(qiáng)對(duì)內(nèi)部焊接人才進(jìn)行培養(yǎng)，并建立考核機(jī)制，給予優(yōu)秀人才經(jīng)濟(jì)嘉獎(jiǎng)。最后，可以針對(duì)焊接工藝進(jìn)行大比武，定期、定時(shí)舉行相關(guān)學(xué)習(xí)，為優(yōu)秀人才培養(yǎng)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

（四）建立精細(xì)化管理模式

第一、焊接質(zhì)量方面的精細(xì)化管理，合金車體焊接中質(zhì)量管理應(yīng)從前期設(shè)計(jì)階段入手，對(duì)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行認(rèn)真考察，并結(jié)合設(shè)計(jì)圖紙?zhí)峁┫嚓P(guān)作業(yè)方案，保證作業(yè)質(zhì)量的可靠性及優(yōu)質(zhì)性。第一，企業(yè)應(yīng)該采用“精細(xì)化管理方式”，對(duì)合金車體焊接作業(yè)質(zhì)量進(jìn)行全面控制，對(duì)作業(yè)各個(gè)環(huán)節(jié)流程進(jìn)行精細(xì)化標(biāo)準(zhǔn)要求，通過利用質(zhì)量檢測(cè)、監(jiān)督小組，不定時(shí)對(duì)逐個(gè)作業(yè)環(huán)節(jié)進(jìn)行質(zhì)量抽查，保障其作業(yè)質(zhì)量的合格性與標(biāo)準(zhǔn)性。第二，建立質(zhì)量監(jiān)督體系，并通過與研究方、技術(shù)機(jī)構(gòu)等進(jìn)行合作，將質(zhì)量監(jiān)督以規(guī)章流程進(jìn)行方式管控，對(duì)出現(xiàn)質(zhì)量問題的環(huán)節(jié)進(jìn)行責(zé)任明確，并給予嚴(yán)格處罰，一旦發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題必須讓其迅速返工，不能存在“差不多、無所謂”等消極管理態(tài)度。為合金車輛焊接作業(yè)的質(zhì)量提升奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

第二、焊接技術(shù)方面的精細(xì)化管理，焊接技術(shù)的科學(xué)、合理應(yīng)用對(duì)提升工程質(zhì)量起到?jīng)Q定性影響作用。首先，企業(yè)應(yīng)對(duì)合金車體變形進(jìn)行深入了解，將作業(yè)中可能存在的技術(shù)隱患與變形風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行排除，并結(jié)合作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況不斷投入新技術(shù)、新設(shè)備。通過對(duì)焊接技術(shù)、焊接質(zhì)量的精細(xì)化管理，可以為減少合金車體變形起到一定防范作用。

結(jié)論：綜上所述，通過對(duì)合金車體變形及其控制策略進(jìn)行分析研究，主要包括：合金車體特點(diǎn)概述、合金車體變形的影響分析、造成合金車體變形的原因分析、合金車體變形控制具體措施，其包括建立精細(xì)化管理模式、制定與實(shí)施發(fā)變形焊接技術(shù)、提高焊接人員專業(yè)技能、采用反變形方法等，從多方面、多角度對(duì)合金車體變形及其控制策略進(jìn)行闡明，為下一步工作開展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]張晗. 城軌列車鋁合金車體焊接變形與接頭疲勞的仿真研究[D].大連交通大學(xué)，2018.

[2]高旭. 復(fù)雜鋁合金薄板結(jié)構(gòu)車體焊接變形機(jī)理研究[D].山東大學(xué)，2018.

[3]王立夫，尹德猛，楊仲林，袁武，王金金.動(dòng)車組鋁合金車體底架焊接變形控制[J].電焊機(jī)，2017，47（10）：89-93.