錐形罐體環(huán)焊縫焊接技巧

南車長江車輛有限公司（湖南株洲 412003）朱頌軍

南車長江車輛有限公司（湖北武漢 430212）劉文亮 武永亮

鐵路罐車的罐體通常采用8～10mm厚的低合金鋼板卷制而成，罐體制作需先將板料或筒體進(jìn)行組對點(diǎn)焊，再采用埋弧焊工藝依次進(jìn)行內(nèi)外全熔透對接焊。傳統(tǒng)的罐體利用其能勻速回轉(zhuǎn)的直圓筒結(jié)構(gòu)優(yōu)勢實(shí)現(xiàn)埋弧焊接。目前，為了使介質(zhì)排放更徹底，斜錐體結(jié)構(gòu)罐體漸漸的成為鐵路罐體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主宰。但在現(xiàn)有的技術(shù)裝備條件下，斜錐罐體難以實(shí)現(xiàn)勻速回轉(zhuǎn)，因此在罐體的回轉(zhuǎn)過程中需要依靠一些嫻熟的焊接操作經(jīng)驗(yàn)和技能來對其進(jìn)行修正或焊接補(bǔ)償。

1.作業(yè)流程及裝備準(zhǔn)備

（1）焊接前工裝設(shè)備調(diào)試 焊接前工裝設(shè)備調(diào)試是焊縫成形好壞的關(guān)鍵。目前的技術(shù)裝備中，采用一組焊接滾輪架帶動罐體回轉(zhuǎn)，即4個橡膠滾輪借助滾輪與罐體的接觸摩擦作用驅(qū)動罐體相應(yīng)回轉(zhuǎn)。由于斜錐體罐是一種漸變徑的立體幾何結(jié)構(gòu)，回轉(zhuǎn)時極易發(fā)生軸向竄動（或稱螺旋運(yùn)動），兩筒體對接坡口的運(yùn)動軌跡形成的不是一個圓環(huán)，而是一條螺旋曲線，給正常的埋弧焊接帶來一定困難。因此在施焊前首先要調(diào)整胎位滾輪架的定位、水平度及其對角線，確保將筒體在滾輪架上轉(zhuǎn)動一周的誤差嚴(yán)格控制在20mm之內(nèi)，然后將其胎位點(diǎn)焊固定，以確保筒體下焊劑墊的位置在有效距離之內(nèi)，防止焊劑墊在罐體轉(zhuǎn)動過程中產(chǎn)生偏離，造成筒體外側(cè)焊縫底部保護(hù)不良，焊縫焊穿。

（2）內(nèi)外環(huán)焊接作業(yè)流程 內(nèi)外環(huán)焊接分為內(nèi)環(huán)Ⅰ、內(nèi)環(huán)Ⅱ、內(nèi)環(huán)Ⅲ、外環(huán)升降胎位四個工序，如圖1所示。

圖1 內(nèi)（外）環(huán)焊縫示意

第一，內(nèi)環(huán)Ⅰ工序：首先經(jīng)過對筒胎位組裝三個單筒，修割焊瘤，打上樣沖，將組裝好的筒體吊入內(nèi)環(huán)Ⅰ胎位，罐體的橫向中心線與兩滾輪架的中心線應(yīng)基本一致，且1、2號焊縫與滾輪架的距離均為750 mm。經(jīng)檢查合格后先采用氣體保護(hù)焊對1、2號內(nèi)環(huán)焊縫進(jìn)行打底，再進(jìn)行內(nèi)環(huán)埋弧焊，如圖2所示。

圖2 內(nèi)環(huán)焊Ⅰ示意

第二，內(nèi)環(huán)Ⅱ工序：將內(nèi)環(huán)Ⅰ工序組焊合格的罐體吊入封頭組裝胎位，組裝點(diǎn)焊1位封頭，修割打磨工藝?yán)甙?，打上樣沖之后將罐體轉(zhuǎn)入內(nèi)環(huán)Ⅱ胎位，罐體的橫向中心線與兩滾輪架的中心線應(yīng)基本一致，且3、4號焊縫與滾輪架的距離均為750 mm。經(jīng)檢查合格后先采用氣體保護(hù)焊對3號內(nèi)環(huán)焊縫進(jìn)行打底，再進(jìn)行內(nèi)環(huán)埋弧焊，如圖3所示。

圖3 內(nèi)環(huán)焊Ⅱ示意

第三，內(nèi)環(huán)Ⅲ工序：將內(nèi)環(huán)Ⅰ工序組焊合格的罐體吊入封頭組裝胎位，組裝點(diǎn)焊2位封頭，修割打磨工藝?yán)甙澹儆脷飧铋_人孔、聚油窩、排油閥等，打上樣沖，轉(zhuǎn)入內(nèi)環(huán)Ⅲ胎位。經(jīng)檢查合格后先采用氣體保護(hù)焊對4號內(nèi)側(cè)環(huán)焊縫進(jìn)行打底（見圖4），再啟動滾輪架將人孔轉(zhuǎn)至底部位置，將埋弧焊機(jī)從人孔處抬入，進(jìn)行內(nèi)環(huán)埋弧焊焊接。

圖4 內(nèi)環(huán)焊Ⅲ示意

第四，外環(huán)焊工序：將罐體用兩臺天車吊運(yùn)至外環(huán)焊臺位，首先落入間距近的滾輪架上，依次焊接如圖1所示的5、6號外環(huán)焊縫。再將其吊運(yùn)至間距遠(yuǎn)的滾輪架上，依次焊接如圖1所示的7、8號外環(huán)焊縫。

2.埋弧焊焊接工藝

（1）焊接方法 首先，筒體鋼板厚度為14mm，為了保證焊縫焊透及探傷合格，接頭采用Y形坡口。

其次，組裝過程須保證裝配間隙控制在±2mm，組裝合格后，采用氣體保護(hù)焊工藝定位焊固定并對坡口面進(jìn)行打底焊。

最后，施焊前徹底清除焊道內(nèi)的飛濺、油污和水分等雜物，選擇合適的焊接參數(shù)，具體參數(shù)如表1所示。為了保證探傷合格，焊接產(chǎn)生的裂紋、氣孔、未熔合等缺陷需用砂輪機(jī)徹底清除后補(bǔ)焊，焊接完畢必須把焊縫兩邊和焊道兩側(cè)的飛濺清理干凈。

表1 打底焊參數(shù)

在確定打底焊無任何缺陷后方可進(jìn)行埋弧焊焊接，由于相對于直筒罐體施焊過程難度有所提高，所以要求操作者有熟練的焊接操作技能。

（2）焊接材料 選用牌號為H08MnMoA，φ4.0mm的埋弧焊絲，焊絲熔敷金屬化學(xué)成分如表2所示。

表2 埋弧焊焊絲化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

（3）埋弧焊參數(shù) 在錐體罐環(huán)焊過程中，焊穿和氣孔兩種焊接缺陷極易出現(xiàn)，為了防止這兩種焊接缺陷的產(chǎn)生，焊前必須做好相應(yīng)的工藝措施，選擇合理的焊接參數(shù)，如表3所示。

表3 埋弧焊參數(shù)

（4）埋弧焊工藝要求 第一，清除打底時焊縫兩邊產(chǎn)生的飛濺，并檢查焊縫的熔合性。

第二，焊劑墊必須緊貼焊縫背面，定時添加焊劑，并保證焊劑墊的旋轉(zhuǎn)方向與筒體滾動的方向相反。

第三，焊前清除焊縫兩側(cè)≥20mm范圍內(nèi)的鐵銹、油污、水分等雜物，對裝配時留下的焊瘤進(jìn)行打磨直至平滑過渡。

第四，使用前檢查焊絲表面質(zhì)量，如表面有水分、油污、生銹時禁用。

第五，焊劑在使用前必須經(jīng)干燥、烘干處理。

（5）內(nèi)環(huán)焊的操作要點(diǎn) 第一，焊接時調(diào)整焊機(jī)位置，使焊絲中心線與焊件中心線保持一致，使焊槍始終位于圓環(huán)的最底部，如圖5所示。

圖5 內(nèi)外環(huán)焊的焊接位置

第二，首先觀察焊劑墊的位置是否在筒體的6點(diǎn)位置。焊劑墊中的焊劑要緊貼筒體，為了焊縫能夠有足夠的熔深，焊絲位置必須要控制在筒體的6點(diǎn)位置且要對準(zhǔn)焊縫中心。調(diào)節(jié)焊接參數(shù)和滾輪架的速度，啟動滾輪架與焊機(jī)開始焊接，筒體的轉(zhuǎn)速應(yīng)與埋弧焊小車的速度相匹配。在焊接過程中通過觀察焊渣成形、成形焊縫的表面顏色及聽焊接聲音來判斷工藝參數(shù)的匹配性。特別注意避免采用下坡焊，因?yàn)椴捎孟缕潞笗r容易造成焊縫熔深不夠，并易產(chǎn)生大量氣孔和夾渣，成形也不美觀，難以達(dá)到質(zhì)量要求。

第三，焊接時注意調(diào)節(jié)焊接設(shè)備以保證焊縫滿足以下要求：焊縫中心與筒體的對接接口中心偏差≤2mm以下，焊縫寬度為16～23mm，余高為（2±1）mm。

第四，焊接產(chǎn)生氣孔、夾渣等缺陷時，需用碳弧氣刨或用砂輪機(jī)徹底清理后補(bǔ)焊。

（6）外環(huán)焊縫焊接 外環(huán)焊縫采用升降平臺懸空焊接，焊絲對準(zhǔn)筒體焊縫中心，及偏離筒體12點(diǎn)位置40～60mm處（見圖5），使得外環(huán)焊縫焊接時略呈上坡焊狀態(tài)。根據(jù)筒體的大小變化進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整焊絲的位置，筒體越大數(shù)值增加，反之則減小，這樣既能保證焊縫熔深，又能取得一個非常理想的焊縫質(zhì)量（見圖6）。

圖6 外環(huán)焊焊縫剖面

由于斜錐罐體在作回轉(zhuǎn)運(yùn)動時，焊縫部位的φ圓環(huán)實(shí)際是在作偏心圓運(yùn)動，而不是勻速圓周運(yùn)動，因此在焊接過程中會有一半焊縫位于加速運(yùn)動階段，成形后的焊縫猶如下坡焊，焊縫寬度變寬同時較難達(dá)到熔深；而另一半焊縫位于減速運(yùn)動階段，成形后的焊縫猶如上坡焊，焊縫寬度變窄同時焊縫余高超高，并容易焊穿母材。對于這一問題，由于無法改進(jìn)工件的旋轉(zhuǎn)方式，只有通過調(diào)整焊機(jī)機(jī)頭工作位置，變動焊槍口與焊點(diǎn)的距離來對焊接參數(shù)進(jìn)行修正或補(bǔ)償。在操作過程中，根據(jù)摸索經(jīng)驗(yàn)，將升降式焊接作業(yè)平臺的控制臺移裝到焊機(jī)操作臺位，由焊工根據(jù)罐體回轉(zhuǎn)狀態(tài)控制焊接工作臂的伸縮或升降，可達(dá)到上述目的。

3.焊后缺陷及修補(bǔ)措施

（1）氣孔與夾渣的修補(bǔ)措施 第一，用碳弧氣刨徹底刨掉氣孔或夾渣等缺陷。

第二，用砂輪機(jī)打磨氣孔與夾渣周圍飛濺及里面的滲碳層，直至完全露出金屬光澤，并將端部打磨至呈≥1:4的斜度。

第三，用埋弧焊補(bǔ)焊。

第四，少數(shù)氣孔或待補(bǔ)焊縫較短之處，允許采用焊條電弧焊進(jìn)行補(bǔ)焊，然后打磨焊縫表面至圓滑過渡。

（2）焊穿的修補(bǔ)措施 第一，應(yīng)立即熄弧，停止?jié)L輪架的轉(zhuǎn)動，將燒穿的地方反轉(zhuǎn)至施焊位置。

第二，清除夾渣，用砂輪機(jī)打磨燒穿處，直至露出金屬光澤。

第三，先采用氣體保護(hù)焊修補(bǔ)焊穿處，補(bǔ)到比之前焊縫低1～2mm，再啟動滾輪架采用埋弧焊工藝進(jìn)行焊接。

（3）探傷要求 完成油罐車筒體的所有環(huán)焊縫后，將筒體冷卻至室溫，根據(jù)工藝要求對所有環(huán)焊縫進(jìn)行超聲波探傷。均按CAC-T-94-096《焊縫超聲波探傷》要求探傷。如有缺陷，先采用碳弧氣刨徹底清除焊接缺陷，用砂輪機(jī)打磨清除滲碳層至露出金屬光澤，再根據(jù)相應(yīng)工藝進(jìn)行補(bǔ)焊。

4.結(jié)語

通過以上工藝措施，成功地控制了埋弧焊常見的缺陷，使錐罐環(huán)焊縫一次性焊接合格率達(dá)到99.9%以上，水壓檢測一次性合格率達(dá)到100%，完全達(dá)到了焊接工藝要求。焊接過程中注重焊絲位置與焊件中心線相對位置的調(diào)整，保證外環(huán)焊縫焊接盡量避免下坡焊狀態(tài)，內(nèi)環(huán)焊縫焊接時呈上坡焊狀態(tài)，對防止焊接缺陷、改善焊縫成形具有決定性作用。