CN104908761B - 一种铁路铝合金漏斗车侧墙板及其搅拌摩擦焊接方法 - Google Patents

Abstract

一种铁路铝合金漏斗车侧墙板及搅拌摩擦焊接方法，侧墙板整体由铝合金型材拼接形成；根据车体侧墙板的形状和要求，采用不同铝合金型材，通过搅拌摩擦焊将铝合金型材相互焊接起来，形成整块铝合金侧墙板。所述搅拌摩擦焊是将组成铁路铝合金漏斗车侧墙板的铝合金型材按照顺序排列起来，并通过搅拌摩擦焊将各铝合金型材相互之间焊接连接在一起，形成整块的铁路铝合金漏斗车侧墙板。本发明采用铝合金型材组成墙板，具有结构稳定，强度高，外形美观的特点，相比原来的用板铆接在框架上，整体强度要提高很多，而且外形十分美观漂亮。

Description

一种铁路铝合金漏斗车侧墙板及其搅拌摩擦焊接方法

技术领域

本发明涉及到一种铁路货车车辆的部件及其制作方法，具体涉及一种铁路货车侧墙板及其焊接方式，特别是一种利用搅拌摩擦焊制作铁路货车侧墙板的方法及产品，属铁路货车制造技术领域。

背景技术：

铁路货物运输是铁路运输的重要组成部分，铁路上用于载运货物的车辆统称为铁路货车。按其用途不同，可分为通用货车和专用货车。主要类型有棚车、敞车、罐车、平板车和漏斗车等。近来为了提高运力，提出了采用铝合金材料制作铁路货车，其中铝合金铁路漏斗车就是其中一种，但是现在的漏斗车都是采用的框架式结构，即在转向架上放置一个整体框架的车体，这些车体都是通过不同的型材组装起来形成一个车体框架，再将钢板或铝合金板通过铆接固定在框架的车体上。采用这样的方法铁路货车制作出来的铁路货车，虽然采用了铝合金材料可以减轻车体的重量，但是整体的结构很复杂，施工难度大，而且外表由于框架都显露在外面，所以不是显得很整洁，很有必要对此加以改进。

通过专利检索没发现有与本发明相同技术的专利文献报道，与本发明有一定关系的专利主要有以下几个：

1、专利号为CN201410373006，名称为“铁路漏斗车车体下侧梁” 的发明专利，该专利公开了一种铁路漏斗车车体下侧梁，它由整根中空铝合金型材构成，该中空铝合金型材具有外侧圆弧面、内侧上斜面和内侧下垂面，外侧圆弧面、内侧上斜面和内侧下垂面围合成的异形空腔中设置将其分隔成三个独立腔室的斜向加强筋和横向加强筋，外侧圆弧面顶部向上延伸有与内侧上斜面上部合为一体的变截面斜坡，变截面斜坡与内侧上斜面交汇的顶部设置有垂直布置的上连接翼面，外侧圆弧面与内侧下垂面交汇的底部设置有下连接翼面。

2、专利号为CN201310752438，名称为“漏斗车的侧墙结构” 的发明专利，该专利公开了一种漏斗车的侧墙结构，包括：具有整体成型的上侧梁(1)、一体式侧墙板(2)、整体成型的下侧梁(3)及下侧墙(4)；所述上侧梁(1)与下方的所述一体式侧墙板(2)铆接；所述侧墙板(2)与下方的所述整体成型的下侧梁(3)铆接；所述侧墙板是墙板和侧柱一体式的板柱结构，所述侧柱设置在车体内侧；所述下侧梁(3)与下方的所述下侧墙(4)铆接。

3、专利号为CN201320841576， 名称为“铁路煤炭漏斗车下侧梁连接结构”的实用新型专利，该专利公开了一种铁路煤炭漏斗车下侧梁连接结构，其侧梁具有型腔结构的中空梁体，中空梁体的内侧面上部向外倾斜形成有斜坡面，斜坡面的顶部向上延伸形成有垂直翼，垂直翼与中空梁体的外侧面之间形成有用于安装上侧墙退让台阶；其下侧墙与中空梁体的内侧面铆接，其多根侧柱垂直间隔布置并与中空梁体的外侧面铆接，其上侧墙***在中空梁体的垂直翼与多根侧柱之间且三者铆接为一体，其底架侧梁位于中空梁体的一端、且也与中空梁体的内侧面铆接。

所以上述这些专利虽然都涉及到铁路漏斗车，也都提出了采用铝合金对结构进行一些改进，但都没有从根本上改变现有的采用整体框架，再在上面铆接铝合金板的方式和结构，因此现有铝合金漏斗车的整体结构制作复杂，外形不美观的问题仍然存在，仍有待进一步加以改进。

发明内容

本发明的目的在于针对现有铁路铝合金漏斗车所存在的结构复杂，制作难度大，外形不美观的不足，提出一种新的铁路铝合金漏斗车侧墙板及其制作方法，该铁路铝合金漏斗车侧墙板具有结构简单，制作简便，外形美观的特点。

为了达到这一目的，本发明提供了一种铁路铝合金漏斗车侧墙板，侧墙板整体由铝合金型材拼接形成；根据车体侧墙板的形状和要求，采用不同铝合金型材，通过搅拌摩擦焊将铝合金型材相互焊接起来，形成整块铝合金侧墙板。

进一步地，所述的铝合金型材包括3种型材，其中，一字形型材16件，一字中间带“人”字形筋条型材4件，一字中间带有三角筋条型材5件，一字中间带有凸台型材4件，共计29件，将上述型材按照顺序排列起来，通过搅拌摩擦焊焊接起来，形成整块铝合金侧墙板形成整块铝合金侧墙板形成整块铝合金侧墙板。

进一步地，所述的铝合金型材按照两边对称排列方式顺序排列，单边从边沿到中间的排列顺序为2块一字形型材、1块一字中间带有凸台型材、1块一字形型材、1块一字中间带有凸台型材、1块一字形型材、1块一字中间带有三角筋条型材、1块一字形型材、1块一字中间带“人”字形筋条型材、1块一字形型材、1块一字中间带有三角筋条型材、1块一字形型材、1块一字中间带“人”字形筋条型材、1块一字形型材，对称中心最中间为1块一字中间带有三角筋条型材，两边加起来共计29块。

进一步地，所述的各种铝合金型材与型材之间，采取搅拌摩擦焊焊接起来，形成整体侧墙板。

一种实现上述铁路铝合金漏斗车侧墙板的搅拌摩擦焊接方法，将组成铁路铝合金漏斗车侧墙板的铝合金型材按照顺序排列起来，并通过搅拌摩擦焊将各铝合金型材相互之间焊接连接在一起，形成整块的铁路铝合金漏斗车侧墙板。

进一步地，所述的搅拌摩擦焊工艺过程为：

1)型材检验；

2)焊前准备；

3)型材装配；

4)搅拌摩擦焊接；

5)焊后去飞边；

6)焊缝背面打磨；

7)最终检验。

进一步地，所述的型材检验是侧墙在进行搅拌摩擦焊接前按检验规程对型材进行抽检，抽检完后准备型材29件，包括一字中间带“人”字形筋条型材4件，一字形型材16件，一字中间带有三角筋条型材5件, 一字中间带有凸台型材4件，用电动钢丝刷对焊接区域进行机械打磨，要求去除表面氧化膜，打磨结束后，用酒精或丙酮擦拭待焊区域上下表面及对接面。

进一步地，所述的焊前准备是用千分尺测量焊接区域厚度，要求每500mm测量一个点，并用记号笔将测量值标于型材上；测量结束后，对一字形型材与一字形型材之间共2组、一字形型材与一字形中间带三角筋条型材之间共4组、一字形型材与一字形中间带人字形筋条型材之间共4组、一字形型材与一字形中间带凸台筋条型材之间共4组进行选择以待装配，装配前检查焊接垫板有无凹坑和铝屑等异物，并对焊接垫板进行清理。

进一步地，所述的型材装配是先选择一字形型材2件（焊缝001），装入焊接设备工装内，压紧上表面，要求垫板与型材焊接区域贴实，侧顶顶紧，装配间隙≤0.4mm，错边量≤0.4mm；装配完成后，选用搅拌头，其中预焊搅拌头规格为：轴肩Φ8mm，同心圆环；针长1mm；锥形、带螺纹；正式焊接搅拌头规格为：针长T-0.3mm≤L≤T-0.2mm，轴肩：Φ20mm；轴肩形式：外凸螺旋线；搅拌针形式规格为：锥形、带螺纹、三切面搅拌针。

进一步地，所述的搅拌摩擦焊接是编辑焊缝001的焊接程序，并进行模拟，要求对中偏差≤0.4mm，单条焊缝起始和结束端未焊长度≤10mm；预焊参数：转速1400rpm，焊速1000mm/min，正式焊参数：转速1400rpm，焊速1000mm/min，采用预焊搅拌头和正式焊搅拌头先后进行焊接；焊接过程中要求压入量0.1～0.3mm，注意观察焊缝表面成形以及尾孔成形；要求焊缝表面平整光亮，尾孔无缺陷；焊接时，先焊接焊缝001，从一端开始往另一端焊接，焊接完焊缝001后，将焊接机头移至焊缝002的起始位，将焊完的一字形型材推往托架，将一字形中间带凸台筋条型材与已焊的一字形型材进行装配，按焊接焊缝001的参数，开始焊接焊缝002，然后依次装配型材，依次焊接焊缝003～014，这样就形成了整个侧墙板的一半，再按照此方法焊接另一边侧墙板。将两半侧墙板拼接起来形成整体侧墙板。

进一步地，所述的焊后去飞边是待全部焊接完后，用剔刀将焊接飞边剔除，操作时保证焊缝表面与母材圆滑过渡。

进一步地，所述的焊缝背面打磨是焊接完后，将侧墙从焊接工装上卸下，将千叶轮装在电动砂轮机上对焊缝背面进行机械打磨。

进一步地，所述的最终检验是打磨完毕后，对侧墙进行最终检验；检验合格后，运转入库房。

本发明的优点在于：

本发明采取铝合金型材拼接形成铁路铝合金漏斗车侧墙板，主要有以下特点：

(1) 采用铝合金型材组成墙板，具有结构稳定，强度高，外形美观的特点，相比原来的用板铆接在框架上，整体强度要提高很多，而且外形十分美观漂亮；

(2) 焊接接头热影响区显微组织变化小．残余应力比较低，焊接工件变形小；通过合理的排列型材可以使得整体结构得到很好的优化；

(3) 能一次宪成较长焊缝、大截面、不同位置的焊接，适用广；

(4) 操作过程方便实现机械化、自动化，设备简单，能耗低，功效高；

(5) 无需添加焊丝，焊铝合金时不需焊前除氧化膜，不需要保护气体，成本低；

(6)焊接过程安全、无缺陷、无飞溅、无污染、无烟尘、无辐射等；

(7)焊接质量稳定可靠。

附图说明

图1是本发明的铁路铝合金漏斗车侧墙板结构示意图；

图2是本发明的铁路铝合金漏斗车侧墙板结构的一半边俯视示意图；

图3是本发明的一字形型材截面示意图；

图4是本发明的一字中间带“人”字形筋条型材截面示意图；

图5是本发明的一字中间带有三角筋条型材截面示意图；

图6是本发明的一字中间带有凸台型材截面示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例来进一步阐述本发明。

实施例一

通过附图1和2可以看出，本发明涉及一种铁路铝合金漏斗车侧墙板，侧墙板整体由铝合金型材拼接形成；根据车体侧墙板的形状和要求，采用不同铝合金型材，通过搅拌摩擦焊将铝合金型材相互焊接起来，形成整块铝合金侧墙板。

进一步地，所述的铝合金型材包括3种型材，其中，一字形型材16件，一字中间带“人”字形筋条型材4件，一字中间带有三角筋条型材5件，一字中间带有凸台型材4件，共计29件，将上述型材按照顺序排列起来，通过搅拌摩擦焊焊接起来，形成整块铝合金侧墙板形成整块铝合金侧墙板形成整块铝合金侧墙板。

进一步地，所述的铝合金型材顺序排列按照两边对称排列方式，从两边边沿到中间分别为2块一字形型材1和2、1块一字中间带有凸台型材3、1块一字形型材4、1块一字中间带有凸台型材5、1块一字形型材6、1块一字中间带有三角筋条型材7、1块一字形型材8、1块一字中间带“人”字形筋条型材9、1块一字形型材10、1块一字中间带有三角筋条型材11、1块一字形型材12、1块一字中间带“人”字形筋条型材13、1块一字形型材14、，最中间为1块一字中间带有三角筋条型材15，两边加起来共计29块；每一型材与型材之间采取搅拌摩擦焊焊接起来，形成整体侧墙板。

上述所列实施例，只是结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

从上述实施例可以看出，本发明还涉及一种实现上述铁路铝合金漏斗车侧墙板的搅拌摩擦焊接方法，将组成铁路铝合金漏斗车侧墙板的铝合金型材按照顺序排列起来，并通过搅拌摩擦焊将各铝合金型材相互之间焊接连接在一起，形成整块的铁路铝合金漏斗车侧墙板。

进一步地，所述的搅拌摩擦焊工艺过程为：

1)型材检验；

2)焊前准备；

3)型材装配；

4)搅拌摩擦焊接；

5)焊后去飞边；

6)焊缝背面打磨；

7）最终检验。

进一步地，所述的型材检验是侧墙在进行搅拌摩擦焊接前按检验规程对型材进行抽检，抽检完后准备型材29件（包括一字形中间带人字形筋条型材4件，一字形型材16件，一字形中间带三角筋条型材5件,一字形中间带凸台筋条型材4件），用电动钢丝刷对焊接区域进行机械打磨，要求去除表面氧化膜，打磨结束后，用酒精或丙酮擦拭待焊区域上下表面及对接面。

进一步地，所述的焊前准备是用千分尺测量焊接区域厚度，要求每500mm测量一个点，并用记号笔将测量值标于型材上。测量结束后，对一字形型材与一字形型材之间（共2组）、一字形型材与一字形中间带三角筋条型材之间（共4组）、一字形型材与一字形中间带人字形筋条型材之间（共4组）、一字形型材与一字形中间带凸台筋条型材之间（共4组）进行选择以待装配，装配前检查焊接垫板有无凹坑和铝屑等异物，并对焊接垫板进行清理。

进一步地，所述的型材装配是先选择一字形型材2件（焊缝01#），装入焊接设备工装内，压紧上表面，要求垫板与型材焊接区域贴实，侧顶顶紧，装配间隙≤0.4mm，错边量≤0.4mm。装配完成后，选用搅拌头，其中预焊搅拌头规格为：轴肩Φ8mm，同心圆环；针长1mm。锥形、带螺纹。正式焊接搅拌头规格为：针长T-0.3mm≤L≤T-0.2mm，轴肩：Φ20mm；轴肩形式：外凸螺旋线。搅拌针形式规格为：锥形、带螺纹、三切面。

进一步地，进一步地，所述的搅拌摩擦焊接是编辑焊缝001的焊接程序，并进行模拟，要求对中偏差≤0.4mm，单条焊缝起始和结束端未焊长度≤10mm；预焊参数：转速1400rpm，焊速1000mm/min，正式焊参数：转速1400rpm，焊速1000mm/min，采用预焊搅拌头和正式焊搅拌头先后进行焊接；焊接过程中要求压入量0.1～0.3mm，注意观察焊缝表面成形以及尾孔成形；要求焊缝表面平整光亮，尾孔无缺陷；焊接时，先焊接焊缝001，从一端开始往另一端焊接，焊接完焊缝001后，将焊接机头移至焊缝002的起始位，将焊完的一字形型材推往托架，将一字形中间带凸台筋条型材与已焊的一字形型材进行装配，按焊接焊缝001的参数，开始焊接焊缝002，然后依次装配型材，依次焊接焊缝003～014，这样就形成了整个侧墙板的一半，再按照此方法焊接另一边侧墙板。将两半侧墙板拼接起来形成整体侧墙板。

进一步地，所述的焊后去飞边是待全部焊接完后，用剔刀将焊接飞边剔除，操作时保证焊缝表面与母材圆滑过渡。用锯床对侧墙边进行切割，端面平整，切割速度快，每边切割时间不到7分钟，大大提高了生产效率。

进一步地，所述的焊缝背面打磨是焊接完后，将侧墙从焊接工装上卸下，将千叶轮装在电动砂轮机上对焊缝背面进行机械打磨。

进一步地，所述的最终检验是打磨完毕后，对侧墙进行最终检验。检验合格后，运转入库房。FSW侧墙焊接作业完成后，对其进行形状和位置公差的检测，同时利用切割下来的边料对对应焊缝进行正弯、背弯和拉伸试验。

本发明的优点在于：

本发明采取铝合金型材拼接形成铁路铝合金漏斗车侧墙板，主要有以下特点：

(1) 采用铝合金型材组成墙板，具有结构稳定，强度高，外形美观的特点，相比原来的用板铆接在框架上，整体强度要提高很多，而且外形十分美观漂亮；

(2) 焊接接头热影响区显微组织变化小．残余应力比较低，焊接工件变形小；通过合理的排列型材可以使得整体结构得到很好的优化；

(3) 能一次宪成较长焊缝、大截面、不同位置的焊接，适用广；

(4) 操作过程方便实现机械化、自动化，设备简单，能耗低，功效高；

(5) 无需添加焊丝，焊铝合金时不需焊前除氧化膜，不需要保护气体，成本低；

(6)焊接过程安全、无缺陷、无飞溅、无污染、无烟尘、无辐射等；

(7)焊接质量稳定可靠。

Claims (7)

1.一种铁路铝合金漏斗车侧墙板，侧墙板整体由铝合金型材拼接形成；根据车体侧墙板的形状和要求，采用不同铝合金型材，通过搅拌摩擦焊将铝合金型材相互焊接起来，形成整块铝合金侧墙板；其特征在于：所述的铝合金型材包括3种型材，其中，一字形型材16件，一字中间带“人”字形筋条型材4件，一字中间带有三角筋条型材5件，一字中间带有凸台型材4件，共计29件，将上述型材按照顺序排列起来，通过搅拌摩擦焊焊接起来，形成整块铝合金侧墙板；所述的铝合金型材按照两边对称排列方式顺序排列，单边从边沿到中间的排列顺序为2块一字形型材、1块一字中间带有凸台型材、1块一字形型材、1块一字中间带有凸台型材、1块一字形型材、1块一字中间带有三角筋条型材、1块一字形型材、1块一字中间带“人”字形筋条型材、1块一字形型材、1块一字中间带有三角筋条型材、1块一字形型材、1块一字中间带“人”字形筋条型材、1块一字形型材，对称中心最中间为1块一字中间带有三角筋条型材，两边加起来共计29块；所述的铝合金型材与型材之间，采取搅拌摩擦焊焊接起来，形成整体侧墙板。

2.一种实现权利要求1所述铁路铝合金漏斗车侧墙板的搅拌摩擦焊接方法，其特征在于：将组成铁路铝合金漏斗车侧墙板的铝合金型材按照顺序排列起来，并通过搅拌摩擦焊将各铝合金型材相互之间焊接连接在一起，形成整块的铁路铝合金漏斗车侧墙板；所述的搅拌摩擦焊工艺过程为：

型材检验；

焊前准备；

型材装配；

搅拌摩擦焊接；

焊后去飞边；

焊缝背面打磨；

最终检验。

3.如权利要求2所述的搅拌摩擦焊接方法，其特征在于：所述的型材检验是侧墙在进行搅拌摩擦焊接前按检验规程对型材进行抽检，抽检完后准备型材29件，包括一字中间带“人”字形筋条型材4件，一字形型材16件，一字中间带有三角筋条型材5件, 一字中间带有凸台型材4件，用电动钢丝刷对焊接区域进行机械打磨，要求去除表面氧化膜，打磨结束后，用酒精或丙酮擦拭待焊区域上下表面及对接面。

4.如权利要求2所述的搅拌摩擦焊接方法，其特征在于：所述的焊前准备是用千分尺测量焊接区域厚度，要求每500mm测量一个点，并用记号笔将测量值标于型材上；测量结束后，对一字形型材与一字形型材之间共2组、一字形型材与一字形中间带三角筋条型材之间共4组、一字形型材与一字形中间带人字形筋条型材之间共4组、一字形型材与一字形中间带凸台筋条型材之间共4组进行选择以待装配，装配前检查焊接垫板有无凹坑和铝屑异物，并对焊接垫板进行清理。

5.如权利要求2所述的搅拌摩擦焊接方法，其特征在于：所述的型材装配是先选择一字形型材2件，装入焊接设备工装内，压紧上表面，要求垫板与型材焊接区域贴实，侧顶顶紧，装配间隙≤0.4mm，错边量≤0.4mm；装配完成后，选用搅拌头，其中预焊搅拌头规格为：轴肩Φ8mm，同心圆环；针长1mm；锥形、带螺纹；正式焊接搅拌头规格为：针长T-0.3mm≤L≤T-0.2mm，轴肩：Φ20mm；轴肩形式：外凸螺旋线；搅拌针形式规格为：锥形、带螺纹、三切面搅拌针。

6.如权利要求5所述的搅拌摩擦焊接方法，其特征在于：所述的搅拌摩擦焊接是编辑焊缝001的焊接程序，并进行模拟，要求对中偏差≤0.4mm，单条焊缝起始和结束端未焊长度≤10mm；预焊参数：转速1400rpm，焊速1000mm/min，正式焊参数：转速1400rpm，焊速1000mm/min，采用预焊搅拌头和正式焊搅拌头先后进行焊接；焊接过程中要求压入量0.1～0.3mm，注意观察焊缝表面成形以及尾孔成形；要求焊缝表面平整光亮，尾孔无缺陷；焊接时，先焊接焊缝001，从一端开始往另一端焊接，焊接完焊缝001后，将焊接机头移至焊缝002的起始位，将焊完的一字形型材推往托架，将一字形中间带凸台筋条型材与已焊的一字形型材进行装配，按焊接焊缝001的参数，开始焊接焊缝002，然后依次装配型材，依次焊接焊缝003～014，这样就形成了整个侧墙板的一半，再按照此方法焊接另一边侧墙板；将两半侧墙板拼接起来形成整体侧墙板。

7.如权利要求2所述的搅拌摩擦焊接方法，其特征在于：所述的焊后去飞边是待全部焊接完后，用剔刀将焊接飞边剔除，操作时保证焊缝表面与母材圆滑过渡；所述的焊缝背面打磨是焊接完后，将侧墙从焊接工装上卸下，将千叶轮装在电动砂轮机上对焊缝背面进行机械打磨。