如何解决温度的变化对铝合金车体部件加工尺寸的影响

温度对铝合金残余应力检测误差的影响分析

孙晓红;孟立春;李晓东;朱忠尹

【摘 要】Temperature is the key factor in the accuracy of residual stress

test by ultrasonic.The effects of temperature on the base metal,the heat

affected zone and the weld of A7N01P-T4 aluminum alloy welded joints

were studied in environment lab,and then the temperature modified

model was established in this paper.The results showed that when the

temperature was at lower temperature (0～38 ℃),the temperature played

the leading role in the effect on acoustoelastic effect,but the relationship

between acoustoelastic effect and temperature had nothing to do with the

testing materials.When the temperature raised,the elastic modulus E and

density ρ changed obviously.When the modified temperature was at 2～38 ℃,the temperature modified model was △σ=K[t-(0.414 05 T-0.874 06)].%温度是影响超声波残余应力测试精度的重要因素.利用环境实验室,研究温度对A7N01 P-T4铝合金焊接接头中母材、热影响区、焊缝的影响,并建立了温度修正模型.结果表明:当测试温度较低时(0～38℃),温度对声弹性效应的影响占据主导地位,而声弹性效应与温度的关系与所测试的材料无关.当测试温度较高时,弹性模量E和密度ρ随温度变化明显,当修正温度为2～38℃时,温度修正模型为△σ=K[t-(0.414 05T-0.874 06)].

图５龙门焊接专机示意　

图６激光跟踪焊接路径示意　

图７机械跟踪焊接路径示意　３．机械手自动焊　

机械手焊接铝合金车体大部件主要采用龙门式和　

悬臂式两种方式。在焊缝跟踪上，只能采用激光跟踪　的方法，机械手焊接大部件普遍采用双丝，单丝焊接　

一般用在初期设备系统上。机械手焊接最大的优点是　持枪结构牢固，焊接过程稳定，焊接状态一致性容易　

保证，焊接质量好。机械手焊接的最大缺点是更换焊　

丝慢，操作复杂度高，维护难。机械手和焊接专机在　

应用上，没有绝对的好和坏，根据企业自身条件灵活　运用，都能取得最终的目标。图８为龙门式机械手自　

动焊设备工作模式。　

图８龙门式机械手自动焊设备工作模式　二、目前铝合金车体自动焊接存在的问题　

１．焊接效率问题　

目前铝合金车体部件自动焊如地板、侧墙等，效率　

不高，一般１．２ｒａｍ单丝自动焊只能达到８００ｍｍ／ｍｉｎ，　双丝自动焊最大达到１８００ｍｍ／ｍｉｎ。如果现场操作者或　

焊接工程师没有很好的经验或部件组对质量较差时，焊　

接效率还得降低２０％左右。由于铝合金车体需要大量的　自动焊接，只能配置更多的自动焊接设备。在某工厂铝　

合金生产线上，配置大部件焊接的大型龙门设备就达到　

１５台，加上其他配套焊接设备，设备配置数量多达２０　余台。设备数量的增加，将伴随劳动力和生产场地的增　

加，因此，如何提高自动焊接的效率是铝合金自动焊接　

追求的重要目标。　

２．强度下降过大问题　

车辆所用铝合金一般都是时效强化型铝合金，该种　

铝合金焊接将带来焊接ＨＡＺ强度的损失。一般强度损　失取决于两种因素：材料受热时间和温度。　

（１）焊接时间对强度的影响试验研究证明，时效　

强化型铝合金材料受热时间越长，强度损失越大。在铝　合金车体部件焊接过程中，过慢的焊接速度会导致ＨＡＺ　

加热时间过久、强度过低而被母材收缩应力撕裂，出现　区域裂纹。因此，在铝合金工件导热速度过慢的情况　

下，限制过慢的焊接速度是必须的，但实际操作过程中　

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挤压对铝合金性能的影响及应对措施

作者：滕希山 王孟君

来源：《装饰装修天地》2017年第21期

摘 要：近年来，随着我国工业化进程的快速发展，对铝型材制品的质量和性能的要求越来越高。对于挤压铝型材，其焊合质量直接影响着制品的使用性能，如何提高其焊合质量一直是铝合金挤压生产过程中的研究热点。在铝合金挤压过程中，挤压速度作为一个非常重要的参数，它控制金属流动的均匀性并影响着挤压过程中的金属流动行为和挤出型材的表面质量。挤压速度的确定一般是通过研究结果或者操作人员的实际生产经验，挤压速度过大，会造成金属流动变形难于控制，挤出型材温度分布不均匀会导致挤出型材产生弯曲、扭拧、焊合质量差等缺陷。

关键词：铝合金；挤压；失效原因

1 引言

铝合金材料强度较高，接近优质钢材，还具有塑性好的优点，可以加工成各种型材，因此，可作为基片衬底、盖板及机壳等材料能保障电子器件在运用进程里不会因为受热或开裂而过早失效。高强度铝合金电子封装材料，代表了新型轻质封装材料的发展方向。高强度铝合金材料被广泛应用于航空航天、汽车制造、船舶制造及特种设备加工等不同领域。但铝合金材料基体晶界之间容易出现孔隙，增强体和基体之间存在不均匀的情况，在一定程度上影响高强度铝合金材料的物理性能。

2 挤压过程中存在的影响因素

2.1 挤压速度

挤压过程中的温度变化对铝型材的产品质量有一定的影响。其型材内部显微组织会受出口和焊合温度的影响，且在产品冷却后，常会由于成形温度不同而影响产品质量及尺寸精度。因此，在挤压铝型材的过程中，分析不同部位的温升并保证温度变化相对稳定是数值模拟分析的一项重要工作。

在挤压金属塑性变形稳定阶段，挤压载荷随挤压速度的增大而增大。由于挤压速度提高，用来克服因坯料整体应变速率的提高而导致的变形抗力增大，为了保持挤压速度的恒定，使得挤压载荷增大。在挤压焊合过程中，当挤压速度增大，随之坯料内部温度升高加快，金属的流动应力降低，材料的变形抗力随挤压速度的增大改变不大。同时，在挤压速度不同的情况下摩擦力也在改变。在塑性变形的稳定阶段，在金属的焊合阶段，挤压力随着挤压速度的增加而降低。

铝合金车体关键尺寸控制工艺

序言：

在交通运输市场竞争激烈的今天，高速动车组随着国内生产趋于饱和，高铁、城铁并行多品种、小批量、高密度、快节奏的生产新常态，极大考验基层生产单位的人力资源与制造能力，解决基层人力资源与制造能力难题需要公司给予帮助，高质量、高效率完成车体制造，解决车体制造产品质量不稳定，存在反复操作现象，浪费人力物力显得尤为重要。主要阐述了中国标准动车组铝合金车体关键尺寸的控制工艺，对中国标准动车组铝合金车体结构与关键尺寸进行介绍，通过系统分析制订出关键尺寸控制工艺，制定一线员工操作标准，高质量完成中国标准动车组铝合金车体生产制造。

1.

车体结构中国标准动车组动车组最高时速350km，由2辆带驾驶室的头车和6辆中间车组成共8辆车的编组，采用TC01/M02/TP03/MH04/MB05/TP06/M07/TC08配置，其编组如图1所示。

图一

车体采用铝合金车体，其具有重量轻、耐腐蚀、寿命长、外观平整度好及易于制造美观车体等优点，同时还能提供良好气密性，隔声、降噪，为乘客提供舒适的车内环境，节省能源。

车体作为动车组列车的关键承载部件，是一个封闭的焊接箱形结构，在运行过程中会受到各种力的作用，起到了保护乘客安全作用的同时，也为乘客提供宽阔、舒适的旅行空间。车体由底架、侧墙组成、车顶、端墙和司机室等铝合金材质的大部件组成，如图二所示。

图二

2. 车体组成关键尺寸

车体组成的关键尺寸为车体长度、箱体断面尺寸和挠度值等，箱体断面尺寸包括宽度、高度和对角线差值，这些尺寸直接决定了车体的内部空间大小、运行安全和车体的使用寿命等，具体尺寸如附表所示。

TC01/TC08车体长25542mm

M02/TP03/MH04/MB05/TP06/M07车体长25000mm

车体高2800mm

车体宽3360mm

3.关键尺寸控制工艺

(1)车体长度尺寸控制工艺车体是由底架、侧墙、车顶和端墙装配焊接后形成，其长度取决于底架、侧墙和车顶长度，所以其三大部件的长度就相当关键。车体长度尺寸控制是通过在大部件上进行机加工艺方法来实现，分析总结中国标准动车组组焊工艺合理性，同时考虑长度公差和考虑焊接会造成长度方向上收缩较小，将底架边梁和地板加工时两端各加长1mm，保证底架正反装小部件焊接完成后的长度为车体设计标准尺寸；平顶和圆顶加工时没有放长量长0mm，原因是车顶小件较少，车顶组焊完成后长度方向收缩可忽略不计；侧墙为整体侧墙且本身组焊过程中预制挠度，侧墙组焊后经加工使侧墙两侧长度各加长1mm。通过部件公差优化，底架、侧墙、车顶长度方向尺寸是车体纵向中心为基准，端墙与车体环形连接采用连接板，有效保证车体形成后的最终长度尺寸满足公差要求。