CN102642079A - 一种轨道交通车辆铝合金侧墙的搅拌摩擦焊工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种轨道交通车辆铝合金侧墙的搅拌摩擦焊工艺，应用在带焊缝的接头本体上，将锥形搅拌头装配在搅拌摩擦焊设备刀柄上，然后将搅拌摩擦焊设备的主轴向焊接前进方向倾斜2.5°，控制焊接压入量为0.1-0.3mm。采用本发明的一种轨道交通车辆铝合金侧墙的搅拌摩擦焊工艺，无裂纹、气孔、未熔合及隧道等缺陷，焊缝成性良好，拉伸强度平均约为200MPa，达到母材强度的80%，远大于轨道列车制造行业要求的60%。
Description
技术领域
本发明涉及一种焊接工艺，特别是涉及一种轨道交通车辆铝合金侧墙的搅拌摩擦焊工艺。
背景技术
作为一种革命性焊接技术，搅拌摩擦焊具有的接头强度损失小、缺陷率低、加工过程控制简单、绿色环保等优点使其在在航空航天、轨道交通、船舶、汽车制造、建筑等工业制造领域获得了广泛的应用。在轨道交通行业，随着列车速度的不断提高以及轻量化发展要求，对列车车体结构和焊接接头强度及其安全性的要求也越来越高。尤其是高速和超高速（500km/小时）列车，用中空铝合金挤压型材和熔化焊（MIG）相结合的制造方式，虽然增加了结构集成和减轻了整车重量，但是熔化焊接头的强度低和冲击韧性差，成为了制约高速轨道车辆安全性的主导因素。所以，基于搅拌摩擦焊的接头强度和疲劳性能皆优于熔化焊接头，并且变形小，不需要焊后矫形，生产效率高，节约成本，焊接过程不需要焊丝和保护气等优越性，目前在国外搅拌摩擦焊已逐渐成为轨道车辆车体制造主导焊接工艺技术。
铝合金材料广泛应用于工业和民用领域，在地铁侧墙的型材接头，下部侧墙接头处壁厚与上部侧墙不同，传统的焊接工艺在实际的操作过程中，存在裂纹、气孔未熔合等不足，不能满足实际的需要。
由此可见，上述现有的搅拌摩擦焊工艺在使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决搅拌摩擦焊工艺存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般焊接工艺又不能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。
有鉴于上述现有的搅拌摩擦焊工艺存在的缺陷，本发明人基于从事此类工艺设计多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种轨道交通车辆铝合金侧墙的搅拌摩擦焊工艺，能够改进一般现有的搅拌摩擦焊工艺，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。
发明内容
本发明的主要目的在于，克服现有的搅拌摩擦焊工艺存在的缺陷，而提供一种轨道交通车辆铝合金侧墙的搅拌摩擦焊工艺，所要解决的技术问题是使其在地铁侧墙的搅拌摩擦焊接工艺，焊缝成形良好，从而更加适于实用，且具有产业上的利用价值。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种轨道交通车辆铝合金侧墙的搅拌摩擦焊工艺，应用在带焊缝的接头本体上，将锥形搅拌头装配在搅拌摩擦焊设备刀柄上，然后将搅拌摩擦焊设备的主轴向焊接前进方向倾斜2.5°，控制焊接压入量为0.1-0.3mm。
前述的轨道交通车辆铝合金侧墙的搅拌摩擦焊工艺，其中所述的搅拌摩擦焊设备的旋转速度为1400转/分-1500转/分，焊接前进速度为600mm/min。
前述的轨道交通车辆铝合金侧墙的搅拌摩擦焊工艺，其中所述的锥形搅拌头的针长为4.5mm或6.5mm。
前述的轨道交通车辆铝合金侧墙的搅拌摩擦焊工艺，其中所述的锥形搅拌头为4.5mm。
借由上述技术方案，本发明一种轨道交通车辆铝合金侧墙的搅拌摩擦焊工艺至少具有下列优点：
采用本发明的一种轨道交通车辆铝合金侧墙的搅拌摩擦焊工艺，无裂纹、气孔、未熔合及隧道等缺陷，焊缝成性良好，拉伸强度平均约为200MPa，达到母材强度的80%，远大于轨道列车制造行业要求的60%。
综上所述，本发明一种轨道交通车辆铝合金侧墙的搅拌摩擦焊工艺，在地铁侧墙的搅拌摩擦焊接工艺，焊缝成形良好。其具有上述诸多的优点及实用价值，并在同类焊接工艺中未见有类似的设计公开发表或使用而确属创新，其不论在功能上皆有较大的改进，在技术上有较大的进步，并产生了好用及实用的效果，且较现有的搅拌摩擦焊工艺具有增进的多项功效，从而更加适于实用，而具有产业的广泛利用价值，诚为一新颖、进步、实用的新设计。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。
附图说明
图1为本发明所述的铝合金侧墙型材搅拌摩擦焊接头的结构示意图；
图2 为6mm铝合金型材接头搅拌摩擦焊焊缝宏观金相图；
图3为 6mm铝合金型材接头搅拌摩擦焊焊缝中心区域金相图；
图4为 6mm铝合金型材接头搅拌摩擦焊焊缝热机结合区域金相图；
图5 为4mm铝合金型材接头搅拌摩擦焊焊缝中心区域金相图；
图6 为4mm铝合金型材接头搅拌摩擦焊焊缝热机结合区域金相图；
图7 为2.5mm铝合金板材对接接头熔化极气体保护焊焊缝中心区域金相图；
图8 为2.5mm铝合金板材对接接头熔化极气体保护焊焊缝热影响区金相图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种轨道交通车辆铝合金侧墙的搅拌摩擦焊工艺其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
实施例1
一种轨道交通车辆铝合金侧墙的搅拌摩擦焊工艺，应用在带焊缝的接头本体上, 在焊缝处加厚，约为熔深的2倍，而熔深约为型材壁厚的1.4倍，将锥形搅拌头装配在搅拌摩擦焊设备刀柄上，锥形搅拌头的针长为4.5mm,然后将搅拌摩擦焊设备的主轴向焊接前进方向倾斜2.5°，搅拌摩擦焊设备的旋转速度为1400转/分-1500转/分，焊接前进速度为600mm/min,控制焊接压入量为0.1-0.3mm。,在图2中，观察焊缝熔深为6.8mm，焊缝中心区域及热机结合区域组织都很致密，无裂纹、气孔等缺陷。
图3为焊缝中心区，与呈轧制状组织的母材相比，焊缝中心区的组织发生了显著变化，晶粒形状变成等轴状，且晶粒得到显著细化。
图4是紧邻中心区的热机结合区组织，可以看出，热机结合区组织致密，结合良好，无裂纹、气孔、未熔合及隧道等缺陷，焊缝成性良好。另外把剩余焊接试板机加工铣去型材腔内筋板，铣成与壁厚a等厚薄板后取两个拉伸及四个弯曲试样进行性能实验，多组试验结果表明：拉伸强度平均约为200MPa，达到母材强度的80%，远大于轨道列车制造行业要求的60%，且滚子半径为30mm时弯曲180°无裂纹等缺陷，满足设计要求。
实施例2
一种轨道交通车辆铝合金侧墙的搅拌摩擦焊工艺，应用在带焊缝的接头本体上, 下部侧墙接头处壁厚与上不侧墙不同，为a=2.7mm，设计要求熔深为4mm，接头处加厚为b=9mm，将锥形搅拌头装配在搅拌摩擦焊设备刀柄上，锥形搅拌头的针长为6.5mm,然后将搅拌摩擦焊设备的主轴向焊接前进方向倾斜2.5°，搅拌摩擦焊设备的旋转速度为1400转/分-1500转/分，焊接前进速度为600mm/min,控制焊接压入量为0.1-0.3mm，焊接完成后取金相试样观察金相，如图5和图6，观察发现焊缝中心区域及热机结合区域组织都很致密，结合良好，无裂纹、气孔、未熔合及隧道等缺陷，焊缝成形良好。另外把剩余焊接试板机加工铣去型材腔内筋板，铣成与壁厚a等厚薄板后取两个拉伸及四个弯曲试样进行性能实验，多组试验结果表明：拉伸强度为210MPa，达到母材强度的84%，远大于轨道列车制造行业要求的60%，且滚子半径为30mm时弯曲180°无裂纹等缺陷，满足设计要求。
图7和图8为铝合金6mm熔化焊（MIG）接头的微观金相图，比较搅拌摩擦焊的金相图，发现搅拌摩擦焊焊缝区及热机结合区组织更加致密，基本无裂纹、气孔等缺陷。
上述如此结构构成的本发明一种轨道交通车辆铝合金侧墙的搅拌摩擦焊工艺的技术创新，对于现今同行业的技术人员来说均具有许多可取之处，而确实具有技术进步性。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (4)
1.一种轨道交通车辆铝合金侧墙的搅拌摩擦焊工艺，应用在带焊缝的接头本体上，其特征在于：将锥形搅拌头装配在搅拌摩擦焊设备刀柄上，然后将搅拌摩擦焊设备的主轴向焊接前进方向倾斜2.5°，控制焊接压入量为0.1-0.3mm。
2.根据权利要求1所述的轨道交通车辆铝合金侧墙的搅拌摩擦焊工艺，其特征在于其中所述的搅拌摩擦焊设备的旋转速度为1400转/分-1500转/分，焊接前进速度为600mm/min。
3.根据权利要求1所述的轨道交通车辆铝合金侧墙的搅拌摩擦焊工艺，其特征在于其中所述的锥形搅拌头的针长为4.5mm或6.5mm。
4.根据权利要求1所述的轨道交通车辆铝合金侧墙的搅拌摩擦焊工艺，其特征在于其中所述的锥形搅拌头为4.5mm。
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