有軌電車焊接構(gòu)架大間隙異種鋼對接焊縫探傷缺陷降低

張學軍 冷慶君

摘要：本論文主要介紹了有軌電車焊接構(gòu)架大間隙異種鋼對接焊縫焊接工藝改善及方法固化。從現(xiàn)場的工藝參數(shù)、焊接操作及檢測結(jié)果等方面對焊接缺陷的原因進行深入分析，并根據(jù)分析提出了相應的焊接工藝改善方法，解決了有軌電車焊接構(gòu)架大間隙異種鋼對接焊縫存在的大量未熔合及氣孔等缺陷等問題，提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：有軌電車;異種鋼;工藝改善;方法固化

前言

隨著現(xiàn)代鐵路客運時速逐步提升，產(chǎn)品的質(zhì)量要求越來越高。新型交通運輸工具——低地板有軌電車由于其安全性、舒適性、載客量大等優(yōu)點在國內(nèi)開始逐漸推廣應用。而焊接構(gòu)架作為有軌電車的核心零部件，直接決定了低地板有軌電車行駛的平穩(wěn)性和安全性。

焊接構(gòu)架的核心部件——中間梁組成運行中承受較大的載荷，且焊縫結(jié)構(gòu)非常特殊，為大間隙異種鋼對接焊縫，焊接完畢進行超聲波探傷，發(fā)現(xiàn)焊縫焊接缺陷較高，需要耗費大量作業(yè)時長進行焊修工作，導致探傷焊修成為焊接構(gòu)架的瓶頸工序，因此針對此問題進行焊接工藝及操作手法改善解決問題勢在必行^[1]。

1 中間梁組成焊接工藝情況

有軌電車由中間梁組成所用材料為G20Mn5N鑄鋼件和Q355NHC鋼板件，焊接方法為MAG焊，焊絲為直徑1.2mm的CHW-55CNH焊絲，保護氣體采用80%的CO₂+20%的Ar混合氣，焊接層間溫度要求小于200℃^[2]。

焊縫結(jié)構(gòu)為帶墊板的雙邊V型坡口形式，坡口角度為20°，坡口深度20mm，組裝間隙8-10mm，墊板厚度為2mm，焊縫形式如圖1-1所示。打底焊選用焊接工藝參數(shù)：電流190-210A，電壓23-25V;填充、蓋面焊選用焊接工藝參數(shù)：電流240A-280A，電壓為25V-30V;氣體流量為18-22L/min^[3]。

2 ?焊接缺陷問題分析

對焊接構(gòu)架進行探傷數(shù)據(jù)統(tǒng)計，平均構(gòu)架焊接缺陷數(shù)為10.4筆。對缺陷位置進行判定，起弧、收弧、接頭（墊板銜接處）及可達性較差位置缺陷占86%。對缺陷進行摳挖，未熔合缺陷占缺陷總數(shù)的77%，氣孔缺陷占11.5%，其它為夾雜物。所以UT缺陷較高的主要原因是焊接未熔合及氣孔缺陷。

焊接缺陷的產(chǎn)生一般情況下與焊接工藝參數(shù)不良、焊接操作適應性不佳和焊接清理不徹底等有關(guān)，這幾個方面也是我們對問題進行分析的要點。

2.1 陶瓷墊板的影響

焊縫起、收弧是缺陷集中部位，目前使用陶瓷墊板作為襯墊，雖然使用陶瓷墊板有許多優(yōu)點，但也存在諸多問題。首先其作為絕緣體，只能托住鐵水，確保背面成型，卻無法從該部位起、收弧，引出焊接缺陷。同時由于本身不導電，與母材不相熔，熔池金屬極易出現(xiàn)熔池先行問題。其次焊縫組裝間隙較大，打底焊焊道過寬在陶瓷墊板位置電弧橫跨過程極易出現(xiàn)熔池先行和斷弧情況，現(xiàn)有操作方式無法保證焊接質(zhì)量。因此陶瓷墊板引熄弧性差的特性會造成焊接缺陷。

2.2 大間隙異種鋼對接的影響

由第1章可知，焊縫接頭為異種鋼材，焊接過程熱量輸入大、應力集中、淬硬傾向大、焊接性差。且組裝時先組一側(cè)墊板，在組對其它部件過程，墊板需略低一些，以便于組裝，這時由于墊板在中間位置，組對后墊板就會出現(xiàn)單側(cè)間隙，如圖2-1所示，在施焊過程間隙側(cè)極易滲入熔池金屬形成未熔合缺陷。同時打底焊采用單道焊焊接，封面焊采用兩道焊接，焊縫組裝間隙采用8-10mm，組裝間隙較大導致單層焊道過寬，焊槍需要擺動幅度較大，在焊接過程電弧橫跨幅度過大，不易對熔池金屬控制，電弧難以在母材處停留，從而導致焊縫中部金屬熔化后鑄鋼件側(cè)母材金屬仍處于固體狀態(tài)，無法保證母材側(cè)焊縫熔深，也會造成未熔合缺陷，如圖2-2所示。

2.3 焊接可達性差的影響

在對焊接可達性分析時發(fā)現(xiàn)，小縱梁與小橫梁U型焊縫采用自右向左焊接方式進行焊接，焊接至焊縫末端時由于轉(zhuǎn)胎與焊縫間距僅100mm左右，焊槍只能采取前傾角度焊接，極易造成熔池先行問題，從而在焊縫收弧位置產(chǎn)生未熔合缺陷。

3 焊接工藝改善

3.1 焊前準備

1）焊前對焊縫進行預熱處理，減小焊后冷卻速度，改善焊縫應力狀態(tài)。

2）焊縫轉(zhuǎn)角位置、墊板銜接位置，將陶瓷墊進行處理，達到無間隙銜接。所有焊縫端部加同材質(zhì)引、息弧板，將焊接收、起弧全部引出焊縫外，焊后打磨去除。

3.2 焊縫分布

從打底焊起進行分兩道焊接，封面時采用三道焊接，減少單道焊縫寬度，焊道變窄后電弧橫跨幅度減小，不會出現(xiàn)熔池先行及斷弧問題（陶瓷墊板處），焊道變窄后操作上便于控制熔池金屬狀態(tài)，加大電弧在母材側(cè)停留時間，保證了母材的熔深。

3.3 焊接方法

為解決U型焊縫自右向左焊接，焊至收尾段受夾具影響，焊槍出現(xiàn)前傾，極易出現(xiàn)熔池先行的問題，優(yōu)化焊接方式：改為由左向右焊接（由焊接姿勢最不舒服位置焊起），雖然焊槍角度仍然存在前傾，但由于電弧移動方向發(fā)生改變，與熔池金屬流動趨勢相反，熔池金屬不會出現(xiàn)先行問題，從而消除收弧部位的未熔合缺陷。另外每層焊后使用風鏟均勻、適度敲擊焊縫表面，以釋放內(nèi)部焊接應力，減少焊接殘余應力。

3.4 改善效果

改善后使用UT探傷手段檢驗焊縫質(zhì)量，結(jié)果表明焊縫焊接質(zhì)量得到明顯改觀和提升，基本不存在氣孔、未熔合等缺陷，平均每臺車的焊接缺陷由原來的10.4筆降低到了2.44筆，UT探傷一次合格率由原來的46%提升到了93%。

4 結(jié)論

有軌電車焊接構(gòu)架大間隙異種鋼對接焊縫焊接質(zhì)量攻關(guān)從現(xiàn)場的工藝參數(shù)、焊接操作及檢測結(jié)果等方面對焊接缺陷產(chǎn)生的原因進行分析，并提出了相應的焊接工藝改善方法，從工藝參數(shù)、層道分布、焊接操作等方面進行優(yōu)化調(diào)整，解決了有軌電車焊接構(gòu)架大間隙異種鋼對接焊縫存在的大量未熔合及氣孔等缺陷問題，提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

參考文獻

[1]孫竟容.實用焊工手冊[M].北京：化學工業(yè)出版社，2007.

[2]俞尚知.《焊接工藝人員手冊》[M].上海：上海科學技術(shù)出版社，1991.

[3]陳強.《焊接手冊》[M].北京：機械工業(yè)出版社，2008.

（作者單位：中車青島四方機車車輛股份有限公司）