1 鋁合金車體焊接概述 

上海明珠二線地鐵車體全部采用鋁合金材料，實現(xiàn)了地鐵車輛強(qiáng)度和輕量化的結(jié)合。車體焊接采用的主要焊接工藝為手工MIG焊和自動MIG焊，其母材、焊絲、保護(hù)氣體、焊接設(shè)備見表1。母材和焊絲的主要化學(xué)成分見表2。 

表1 鋁合金車體MIG焊焊接材料 

表2 母材和焊絲的主要化學(xué)成分% 
不同牌號母材及其化學(xué)成分焊絲化學(xué)成分 

2 生產(chǎn)儲存環(huán)境和輔助材料使用的要求 

2. 1 生產(chǎn)儲存溫度濕度的要求 

鋁合金的生產(chǎn)和儲存環(huán)境必須防塵、防水、干燥。環(huán)境溫度通常控制在5 ℃以上， 濕度控制在70 %以下。 

應(yīng)盡量保證焊接環(huán)境的濕度不能太高，濕度過高會使焊縫中氣孔的產(chǎn)生幾率明顯增加，從而影響焊接質(zhì)量?？諝獾膭×伊鲃訒饸怏w保護(hù)不充分，從而產(chǎn)生焊接氣孔，可設(shè)置擋風(fēng)板以避免室內(nèi)穿堂風(fēng)的影響。 

2. 2 焊絲及送氣軟管的使用要求 

對焊材的使用應(yīng)該注意：鋁焊絲要與鋼焊材分開儲存，使用期不超過1a 。焊接完成后，要在焊機(jī)中取出焊絲進(jìn)行密封處理，防止污染。不同材質(zhì)的送氣軟管抵抗?jié)駳膺M(jìn)入的能力不同，尤其在送氣壓力高時，送氣軟管的影響更明顯。送氣軟管最好使用特富龍軟管(Teflon) 。 

2. 3 工裝的選用 

鋁合金焊接最好選用點接觸形式的工裝，以減小工裝與工件的接觸面積。如果工裝對工件是面接觸，就會很快帶走工件的熱量，加速了熔池的凝固，不利于焊縫氣孔的排除。工裝液壓系統(tǒng)的壓力最好控制在9～9. 5 MPa 。 

壓力過小達(dá)不到預(yù)設(shè)反變形的目的，但是壓力過大，又會使鋁合金結(jié)構(gòu)的拘束度增大。由于鋁合金的線脹系數(shù)大，高溫塑性差，焊接時易產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，可能會使鋁合金結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂紋。 

3 焊絲及保護(hù)氣體的選用 

3. 1 焊絲的選用 

對于6005A、6082、5083 母材來說，選擇的焊絲牌號為5087/ AlMg4. 5MnZr ，5087 焊絲不僅抗裂性能好，抗氣孔性能優(yōu)越，而且強(qiáng)度性能也很好。對于焊絲規(guī)格的選擇，優(yōu)先選擇大直徑規(guī)格的焊絲。同樣的焊接填充量即同等重量的焊絲，大規(guī)格焊絲較小規(guī)格焊絲的表面積要小很多，因此，大規(guī)格焊絲較小規(guī)格焊絲的表面污染要少即氧化區(qū)域要小，焊接質(zhì)量更容易達(dá)到要求。另外大直徑焊絲的送絲過程更容易操作。對于8 mm 以下板厚的母材一般采用1. 2 mm直徑的焊絲，對于8 mm 及以上板厚的母材采用1. 6 mm 直徑的焊絲。自動焊機(jī)采用1. 6 mm直徑的焊絲。 

3. 2 保護(hù)氣體的選用 

Ar100 %的特點是電弧穩(wěn)定、引弧方便，對于8mm以下板厚的母材一般采用Ar100 %進(jìn)行焊接。對于8 mm 及以上板厚的母材和氣孔要求高的焊縫，采用Ar70 % + He30 %進(jìn)行焊接。氦氣的特點在于：9 倍于氬氣的導(dǎo)熱性，焊接速度更快，氣孔率減少，熔深增加。厚板焊接時，Ar100 %和Ar70 % +He30 %的熔深狀況見圖1。氣體的流量選擇不是越大越好，流量過大會造成紊流，導(dǎo)致熔池保護(hù)不充分，空氣與熔敷金屬發(fā)生反應(yīng)，會改變焊縫組織，使性能下降，而且產(chǎn)生焊接氣孔的傾向增加。 

圖1 不同的保護(hù)氣體對熔深的影響

4 焊前準(zhǔn)備工作的要求 

4. 1 坡口的處理 

板厚在3 mm 以下的對接焊縫可不開坡口，只需在焊縫背面倒一0. 5～1 mm 的角即可，這樣有利于氣體的排放和避免背面凹槽。背面是否倒角對焊縫的影響，見圖2。 

圖2 倒角對焊縫的影響示意

鋁合金厚板的坡口角度較鋼板的要大。單邊坡口一般采用55°坡口，雙邊坡口采用每邊35°坡口。這樣可以使焊接的可達(dá)性提高，同時可降低未熔合缺陷的產(chǎn)生幾率。 

對于厚板T 形接頭中的HV 或HY接頭，要求填滿坡口外，再加一個角焊縫，使焊縫總尺寸S 不小于板厚T。厚板T 形接頭焊接要求見圖3。 

圖3 厚板T形接頭

4. 2 焊前清理工作 

焊接鋁合金需要最干凈的準(zhǔn)備工作，否則其抗腐蝕能力下降，而且容易產(chǎn)生氣孔。焊接鋁合金應(yīng)該與焊鋼的習(xí)慣徹底區(qū)分。焊鋼已經(jīng)用過的工具，嚴(yán)禁焊接鋁合金時使用。清理焊縫區(qū)域的氧化膜等雜質(zhì)，盡可能使用不銹鋼刷或者用丙酮清洗。不能使用砂輪打磨，因為使用砂輪打磨只會使氧化膜熔合在焊材表面，而不會真正去除。而且如果使用硬質(zhì)砂輪，其中的雜質(zhì)會進(jìn)入焊縫，導(dǎo)致熱裂紋。此外，由于Al2O3 膜在極短的時間內(nèi)又會重新生成和堆積，為了使氧化膜盡可能少地影響焊縫，清理完畢后應(yīng)立即施焊。 

4. 3 預(yù)熱溫度和層間溫度的控制 

對與板厚超過8 mm 的厚板進(jìn)行焊接時，都要進(jìn)行焊前預(yù)熱，預(yù)熱溫度控制在80 ℃～120 ℃之間，層間溫度控制在60 ℃～100 ℃之間。預(yù)熱溫度過高，除作業(yè)環(huán)境惡劣外，還有可能對鋁合金的合金性能造成影響，出現(xiàn)接頭軟化，焊縫外觀成形不良等現(xiàn)象。層間溫度過高還會使鋁焊熱裂紋的產(chǎn)生機(jī)率增加。 

5 合理選擇規(guī)范參數(shù) 

鋁合金與鋼材的物化性能相差甚遠(yuǎn)，要根據(jù)鋁合金的焊接特性來試驗和確定其焊接規(guī)范參數(shù)。 

5. 1 焊接電流較大 

鋁合金本身的導(dǎo)熱系數(shù)大(約為鋼的4 倍) ，散熱快。因此，在相同焊接速度下，焊接鋁合金時的熱輸入量要比焊接鋼材時的熱輸入量大2～4 倍。如果熱輸入量不夠，容易出現(xiàn)熔深不足甚至未熔合的問題，特別是在焊縫起頭的位置。 

5. 2 送絲速度要適當(dāng)調(diào)高 

送絲速度是與電流、電壓等規(guī)范參數(shù)密切相關(guān)，并且相互匹配的。當(dāng)焊接電流提高后，送絲速度也應(yīng)該相應(yīng)地提高。 

5. 3 焊接速度的選擇 

對于薄板焊縫，為了避免焊縫過熱，一般采用較小的焊接電流和較快的焊接速度;對于厚板焊縫，為使焊縫熔合充分和焊縫氣體充分逸出，采用較大的焊接電流和較慢的焊接速度。 

5. 4 焊槍角度的選擇 

在焊接方向上，焊槍角度一般控制在90°左右，過大和過小都會造成焊接缺陷。焊槍角度過大會造成氣體保護(hù)不充分而產(chǎn)生氣孔;角度過小還有可能使液鋁達(dá)到電弧前端，使電弧不能直接作用于焊縫而產(chǎn)生未熔合。焊槍角度示意圖見圖4。 

圖4 焊槍角度示意圖

6 結(jié)束語 

對車體焊縫質(zhì)量和外形尺寸進(jìn)行了檢驗和控制;對頂蓋外側(cè)焊縫進(jìn)行滲透探傷;對底架牽引梁和枕梁焊縫進(jìn)行了超聲波探傷;對車體重要的外形尺寸用激光跟蹤儀和水準(zhǔn)儀進(jìn)行了檢測。所生產(chǎn)的全部10 列車體，經(jīng)西門子專家檢驗合格。目前，鋁合金車體的焊接工藝也已經(jīng)進(jìn)入成熟穩(wěn)定階段。