门角焊接工艺论文

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1.门角焊接过程中存在的问题

第一，门角焊缝的设计性能等级高，但是其结构形式不仅使得门角焊缝处应力集中，而且存在交叉焊缝，焊接过程中由于过大的应力集中，容易出现焊接裂纹，严重降低焊缝质量。第二，门角焊缝为HV坡口形式，55°的坡口，坡口清理工作困难，打底焊时如果清理不干净，很容易产生未焊透和未熔合缺陷。上门角与车顶边梁的焊缝为PD（仰角焊）焊接位置，焊工操作难度大，焊接质量难以保证；下门角与底架边梁内侧焊缝焊接时，焊缝在地板平面上，焊工蹲在地板上焊接，难以观察焊接熔池，这些因素都增加了焊缝缺陷的产生。第三，门角设计结构复杂，焊缝存在90°拐角，由于坡口深度较大，导致焊缝金属在拐角处难以填满，需要点焊添加焊缝金属，使得焊缝表面成形不美观，同时容易产生焊瘤、裂纹等缺陷。

2.门角焊接工艺制定

（1）门角焊接环境要求

铝合金材料焊接过程中，要求环境温度≥10℃，相对湿度≤60%，而且应在防风、防雨的室内进行焊接。门角是车体结构中的重要组成部分，它的焊接质量关系到整车的焊接性能，应尽量在满足条件的环境中焊接。在门角焊接时，应特别注意湿度的影响，每次焊接前测量环境的相对湿度，如果湿度值超出焊接要求，应进行焊前的工作试件试验，经过检测合格，确定湿度对焊缝质量的影响在可以接受的范围内时，再进行门角的焊接。

（2）门角焊缝坡口准备及清理

门角焊缝为（10+8）mm的HV坡口形式，10mm厚的板上开55°坡口，焊接间隙2~3mm，即垫板伸出长度2~3mm。装配时保证焊缝间隙，可以提高焊枪的可达性，减少焊接裂纹和根部焊缝未熔合等缺陷。焊缝装配好后，应使用丙酮清理焊缝坡口及其周边20mm范围内区域，去除铝合金表面的油污、灰尘等杂质，避免焊接缺陷的产生。铝合金表面有一层致密的氧化膜，它可以吸收水分，焊接时容易产生氢气孔，需要去除。氧化膜去除时，为避免工具被油污污染，先使用丙酮擦拭铝合金表面，然后用钢丝刷打磨，严禁使用砂轮片打磨。因为使用砂轮片打磨不仅不能去除氧化膜，反而会将氧化膜带进母材金属，增加了焊接时气孔、夹渣等缺陷产生的几率。如果使用硬砂轮片打磨，还会让其他杂质如硫元素进入焊缝，从而导致焊接热裂纹。另外，铝合金表面氧化膜形成的速度很快，焊缝坡口清理完成后，应立即进行焊接，防止打磨过的焊缝再次氧化。

（3）门角焊缝组装要求

门角在总成焊接时，已经和侧墙立柱焊在一起，与侧墙模块以整体的形式到总成台位上进行焊接。门角焊缝为HV形式的角接接头，由于采用这种接头形式，电弧不易穿透焊缝根部，常常将氧化膜留在焊缝中，造成未焊透、夹渣等焊接缺陷，所以门角焊缝对组装的要求很高，必须按照焊接工艺卡片中的要求，保证合理的焊接间隙，使根部焊道焊透。调整并测量好侧墙模块的组装尺寸和门角焊接间隙后，使用总成工装上的夹紧定位装置对部件进行固定。侧墙模块与底架边梁和车顶边梁为插接形式，由于底架和车顶都会预置一定的挠度，来保证总成时的组装要求，所以侧墙模块上还需使用下拉装置，车顶上采用拉紧带对侧墙与底架和车顶边梁组装的间隙进行调整，保证门角焊缝的间隙在2~3mm。门角的正确组装，还关系到后面门封条与门角及边梁的正确组装精度，所以要严格要求，确保准确的组装。车体各部件组装工作全部完成后，要对各焊接部位进行定位焊固定，保证焊缝位置和焊缝间隙，门角定位焊形式如图2所示。

（4）门角焊接顺序

合理的焊接顺序能够减少焊接变形，有效防止焊接裂纹。门角焊接时，先焊门角与底架边梁外侧的焊缝，再焊内侧焊缝。由于焊前门角已经与侧墙立柱焊接在一起，总成时立柱与底架边梁也需要焊接，而且接头形式与门角和底架边梁的一样，所以可以将两条焊缝作为一条进行焊接，从而减少焊接缺陷和提高作业效率。门角与底架边梁的焊缝分为四层完成焊接，先进行打底焊，从中间向两边焊接，收弧点不要停在交叉焊缝上，接着完成填充层和盖面层的焊接。需要注意的是，填充层和盖面层焊接时，应严格控制焊缝层间温度，做好层间焊缝清理，接头处应进行修理，圆滑过渡，减小焊缝应力集中和焊接缺陷。外侧焊缝完成后，进行内侧焊缝的焊接。门角与车顶边梁的焊接过程同与底架边梁焊接，只是焊接位置为PD，焊接时注意控制焊枪角度和弧长，减少焊接缺陷。

（5）门角焊接预热及层间温度控制

铝合金焊接时，当板厚达到8mm以上时，需要进行焊前预热。预热时间对铝合金强度的影响很大，生产过程中，要严格控制预热时间，一般采用快速集中的热源进行预热，如丙烷火焰预热。由于铝合金的热导率较大，所以预热温度应控制在70~90℃之间，不要超过120℃，层间温度控制在100℃以下。如果预热温度过高，除了焊工的作业环境恶劣以外，还有可能对铝合金的合金性能造成影响，出现接头软化现象，形成不好的焊缝外观。另外，层间温度过高，也会使焊缝产生热裂纹的几率增加。

（6）选择合适焊接参数

影响铝合金焊接的主要参数是焊接热输入，因为铝合金的导热系数是钢的3倍多，散热很快，在相同的焊接速度下，需要比焊接钢材更大的焊接热输入量。如果热输入量不足，会导致熔深不够、未熔合及焊接裂纹等缺陷。焊接时采用左焊法，焊枪角度控制在80°～90°之间，焊枪角度过大时，保护气体会不充分，造成气孔和裂纹缺陷；过小时，电弧推力将铝液吹到熔池前端，使得电弧不能直接作用于母材金属，有可能造成未熔合缺陷。另外，在仰焊（PD）时，由于液态铝的表面张力很小，焊接熔池容易出现“下沉”现象，造成焊缝成形不好。为了避免这一现象，仰焊时尽量采用短弧焊接，压低电弧，获得窄而小的焊缝，同时要提高焊接速度，防止烧穿现象，正常的焊缝如图4所示。合理的焊接参数如附表所示。

3.结语

苏州地铁一号线车体总成门角焊缝由于设计性能等级高、焊接位置差等因素而成为总成焊接的一大难点，事实证明生产中通过合理控制焊接环境、焊前准备、组装要求、焊接顺序及焊接参数等关键因素，可以避免门角焊接过程中经常出现的各种缺陷，保证了焊接质量。在对门角工作试件的接头宏观金相观察图3PD位置，焊缝金属“下沉”现象图4PD位置，采用短弧、快速焊接的焊缝时，没有发现焊接裂纹、气孔、未焊透等缺陷，焊缝熔合良好，达到了要求的焊接质量。

作者:史晓东单位:南京南车浦镇城轨车辆有限责任公司