一种铁路铝合金货车上漏斗脊及搅拌摩擦焊制作方法.pdf

一种铁路铝合金货车上漏斗脊及搅拌摩擦焊制作方法，上漏斗脊整体由铝合金型材拼接形成；根据车体上漏斗脊的形状和要求，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，形成整块铝合金上漏斗脊。所述搅拌摩擦焊是将组成铁路铝合金漏斗车上漏斗脊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上漏斗脊。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。

权利要求书
1.  一种铁路铝合金货车上漏斗脊，其特征在于：上漏斗脊整体由铝合金型材拼接形成；根据车体上漏斗脊的形状和要求，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，形成整块铝合金上漏斗脊。

2.  如权利要求1所述的铁路铝合金货车上漏斗脊，其特征在于：所述的铝合金型材包括2种型材，其中，“A”字形铝合金型材1件，复合结构铝合金型材2件，共计3件；所述的复合结构铝合金型材包括一个直边，在直边的内面有两个三角形的加强筋，直边的下端头垂直连接有一倒置的“F”形型材。

3.  如权利要求2所述的铁路铝合金货车上漏斗脊，其特征在于：所述的铝合金型材按照2块复合结构铝合金型材分别连接在“A”字形铝合金型材的“A”字形铝合金型材的两个脚上，且复合结构铝合金型材的直边顺着“A”字形铝合金型材材的“A”字形铝合金型材的“A”字形斜面连接，由2块复合结构铝合金型材材与“A”字形铝合金型材材组合拼接焊接在一起，形成整体上漏斗脊。

4.  一种实现权利要求1所述铁路铝合金漏斗车上漏斗脊的搅拌摩擦焊接方法，其特征在于：将组成铁路铝合金货车上漏斗脊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上漏斗脊。

5.  如权利要求4所述的搅拌摩擦焊接方法，其特征在于：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；
搅拌摩擦焊接一边；
焊后去飞边；
焊后滚压校形；
搅拌摩擦焊接另一边；
焊后去飞边；
焊后滚压校形；
焊缝背面打磨；
最终检验。

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，抽检完后准备型材三件（包括“A”字形铝合金型材材一件，复合结构铝合金型材材两件），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。

7.  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“A”字形铝合金型材材和复合结构铝合金型材材进行选择装配，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。

8.  如权利要求5所述的搅拌摩擦焊接方法，其特征在于：所述的型材装配是先选择“A”字形铝合金型材材和复合结构铝合金型材各一件，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。

9.  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一边是编辑第一条焊缝的焊接程序，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；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；所述的滚压校形是清除飞边后，用滚轮对焊缝进行滚压校形，滚压前先检查校形滚轮及滚轮架，如滚轮转动不灵活、滚轮轴及滚轮架磨出沟槽、滚轮体表面磨出凹坑等情况，均应更换滚轮；滚轮宽度23mm，直径≥40mm;滚压校形参数：压力12KN，速度1000mm/min。

10.  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另一边是滚压校形完第一条焊缝后，将工件从焊接工装上卸下，再将另一件复合结构铝合金型材与对焊接后的型材材进行装配，重复第一条焊缝的工序，焊接第二条焊缝。

说明书一种铁路铝合金货车上漏斗脊及搅拌摩擦焊制作方法
技术领域
本发明涉及到一种铁路货车车辆的部件制作方法，具体涉及一种铁路铝合金货车上漏斗脊及焊接制作方法，特别是一种利用搅拌摩擦焊制作铁路铝合金货车上漏斗脊的方法，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CN201320840086，名称为“煤炭漏斗车上漏斗脊与侧墙连接件” 的发明专利，该专利公开了一种煤炭漏斗车上漏斗脊与侧墙连接件，该连接件呈铝合金整体模压成型结构，它包括拱形侧柱连接板和叉形下侧梁连接板，所述拱形侧柱连接板和叉形下侧梁连接板均呈对称结构，所述拱形侧柱连接板的两侧与叉形下侧梁连接板的上端叉口两侧连为一体，所述拱形侧柱连接板的下部与叉形下侧梁连接板的上端叉口底部之间形成侧柱安装孔，所述叉形下侧梁连接板的下端叉口形成上漏斗脊卡口。
2、专利号为CN201320843092，名称为“铁路煤炭漏斗车铝合金斜撑板” 的发明专利，该专利公开了一种铁路煤炭漏斗车铝合金斜撑板，包括直角三角形板体，所述直角三角形板体呈整体模压成型结构，所述直角三角形板体上从短直角边至小锐角方向设置有多个减重孔，所述直角三角形板体的斜边上设置有斜边卷边，所述斜边卷边位于小锐角处的一端设置有角钢安装位，所述斜边卷边位于大锐角处的一端设置有漏斗脊加强板。
3、专利号为CN201320841576， 名称为“铁路煤炭漏斗车下侧梁连接结构”的发明专利，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，其上侧墙插入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装货口盖开启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货车上漏斗脊及其制作方法，该铁路铝合金货车上漏斗脊具有结构简单，强度高，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货车上漏斗脊，上漏斗脊整体由铝合金型材拼接形成；根据车体上漏斗脊的形状和要求，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，形成整块铝合金上漏斗脊。
进一步地，所述的铝合金型材包括2种型材，其中，“A”字形铝合金型材1件，复合结构铝合金型材2件，共计3件；所述的复合结构铝合金型材包括一个直边，在直边的内面有两个三角形的加强筋，直边的下端头垂直连接有一倒置的“F”形型材。
进一步地，所述的铝合金型材按照2块复合结构铝合金型材分别连接在“A”字形铝合金型材的“A”字形铝合金型材的两个脚上，且复合结构铝合金型材的直边顺着“A”字形铝合金型材材的“A”字形铝合金型材的“A”字形斜面连接，由2块复合结构铝合金型材材与“A”字形铝合金型材材组合拼接焊接在一起，形成整体上漏斗脊。
进一步地，所述的组合拼接焊接是搅拌摩擦焊，2块复合结构铝合金型材材与“A”字形铝合金型材材通过搅拌摩擦焊连接在一起，形成整体上漏斗脊。
一种实现上述铁路铝合金漏斗车上漏斗脊的搅拌摩擦焊接方法，将组成铁路铝合金货车上漏斗脊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上漏斗脊。
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)      搅拌摩擦焊接一边；
5)      焊后去飞边；
6)      焊后滚压校形；
7)      搅拌摩擦焊接另一边；
8)      焊后去飞边；
9)      焊后滚压校形；
10)  焊缝背面打磨；
11)  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，抽检完后准备型材三件（包括“A”字形铝合金型材材一件，复合结构铝合金型材材两件），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“A”字形铝合金型材材和复合结构铝合金型材材进行选择装配，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“A”字形铝合金型材材和复合结构铝合金型材各一件，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。
进一步地，所述的搅拌摩擦焊接一边是编辑第一条焊缝的焊接程序，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。
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，所述的滚压校形是清除飞边后，用滚轮对焊缝进行滚压校形，滚压前先检查校形滚轮及滚轮架，如滚轮转动不灵活、滚轮轴及滚轮架磨出沟槽、滚轮体表面磨出凹坑等情况，均应更换滚轮。滚轮宽度23mm，直径≥40mm。滚压校形参数：压力12KN，速度1000mm/min。
进一步地，所述的搅拌摩擦焊接另一边是滚压校形完第一条焊缝后，将工件从焊接工装上卸下，再将另一件复合结构铝合金型材与对焊接后的型材材进行装配，重复第一条焊缝的工序，焊接第二条焊缝。
进一步地，所述的焊缝背面打磨是焊接完后，将焊接好的上漏斗脊从焊接工装上卸下，将千叶轮装在电动砂轮机上对焊缝背面进行机械打磨。
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上漏斗脊，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货车上漏斗脊结构示意图；
图2是本发明的铁路铝合金货车上漏斗脊截面结构示意图；
图3是本发明的“A”字形铝合金型材结构示意图；
图4是本发明的复合结构铝合金型材结构示意图。
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
通过附图可以看出，本发明涉及一种铁路铝合金货车上漏斗脊，上漏斗脊整体由铝合金型材拼接形成；根据车体上漏斗脊的形状和要求，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，形成整块铝合金上漏斗脊。
所述的铝合金型材包括“A”字形铝合金型材1和复合结构铝合金型材2两种型材，其中，“A”字形铝合金型材1件，复合结构铝合金型材2件，共计3件；所述的复合结构铝合金型材2包括一个直边3，在直边3的内面有两个三角形的加强筋，一个是小三角筋条4，一个是大三角筋条5；直边3的下端头垂直连接有一倒置的“F”形型材6。
所述的铝合金型材按照2块复合结构铝合金型材分别连接在“A”字形铝合金型材的“A”字形铝合金型材的两个脚上，且复合结构铝合金型材的直边顺着“A”字形铝合金型材材的“A”字形铝合金型材的“A”字形斜面连接，由2块复合结构铝合金型材材与“A”字形铝合金型材材组合拼接焊接在一起，形成整体上漏斗脊。
所述的组合拼接焊接是搅拌摩擦焊，2块复合结构铝合金型材材与“A”字形铝合金型材材通过搅拌摩擦焊连接在一起，通过搅拌摩擦焊形成的第一条焊缝7和第二条焊缝8将复合结构铝合金型材材与“A”字形铝合金型材材连接起来，形成整体上漏斗脊。
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上漏斗脊的搅拌摩擦焊接方法，将组成铁路铝合金货车上漏斗脊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上漏斗脊。
进一步地，所述的搅拌摩擦焊工艺过程为：
12)  型材检验；
13)  焊前准备；
14)  型材装配；
15)  搅拌摩擦焊接一边；
16)  焊后去飞边；
17)  焊后滚压校形；
18)  搅拌摩擦焊接另一边；
19)  焊后去飞边；
20)  焊后滚压校形；
21)  焊缝背面打磨；
22)  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，抽检完后准备型材三件（包括“A”字形铝合金型材材一件，复合结构铝合金型材材两件），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“A”字形铝合金型材材和复合结构铝合金型材材进行选择装配，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“A”字形铝合金型材材和复合结构铝合金型材各一件，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。
进一步地，所述的搅拌摩擦焊接一边是编辑第一条焊缝的焊接程序，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。
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，所述的滚压校形是清除飞边后，用滚轮对焊缝进行滚压校形，滚压前先检查校形滚轮及滚轮架，如滚轮转动不灵活、滚轮轴及滚轮架磨出沟槽、滚轮体表面磨出凹坑等情况，均应更换滚轮。滚轮宽度23mm，直径≥40mm。滚压校形参数：压力12KN，速度1000mm/min。
进一步地，所述的搅拌摩擦焊接另一边是滚压校形完第一条焊缝后，将工件从焊接工装上卸下，再将另一件复合结构铝合金型材与对焊接后的型材材进行装配，重复第一条焊缝的工序，焊接第二条焊缝。
进一步地，所述的焊缝背面打磨是焊接完后，将焊接好的上漏斗脊从焊接工装上卸下，将千叶轮装在电动砂轮机上对焊缝背面进行机械打磨。
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上漏斗脊，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。