鋁合金RT 焊縫焊接缺陷的修補(bǔ)方法和預(yù)防措施

宋帥帥 王 然 姜東偉

(中車(chē)長(zhǎng)春軌道客車(chē)股份有限公司，吉林 長(zhǎng)春130000）

鋁合金材料在鐵路機(jī)車(chē)、航天、自行車(chē)、運(yùn)動(dòng)器材、化工壓力容器、兵工生產(chǎn)、造船等應(yīng)用廣泛。鋁合金焊接技術(shù)在輕軌車(chē)型、地鐵車(chē)型、高鐵車(chē)型生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。2008 年進(jìn)入單位從事鋁合金車(chē)體地鐵車(chē)輛的生產(chǎn)焊接作業(yè)。隨著高鐵技術(shù)的引進(jìn)，鋁合金焊接技術(shù)達(dá)到了更快的發(fā)展。隨著鋁合金焊接技術(shù)的成熟，鋁合金焊縫焊接缺陷的控制成為了一大難題。鋁的熔點(diǎn)較低，只有660 度，而它的氧化膜熔點(diǎn)卻有2050 度，焊接時(shí)需要熱量集中的焊接熱源。純鋁及非熱處理強(qiáng)化鋁合金采用手工鎢極氬弧焊時(shí)，其焊縫及其接頭的力學(xué)性能能達(dá)到基本金屬的90%以上。工業(yè)用純鋁的導(dǎo)熱性約為低碳鋼的5 倍。工業(yè)用純鋁的線(xiàn)膨脹系數(shù)約為低碳鋼的2 倍。鋁合金高溫時(shí)強(qiáng)度很低，在焊接過(guò)程中熔池?zé)o明顯的顏色變換，焊接時(shí)容易產(chǎn)生焊塌、燒穿等焊接缺陷，增加了焊接難度。鋁合金材質(zhì)的高鐵車(chē)輛制造中對(duì)受力較高的牽引部位關(guān)鍵焊縫一般都是12mm 以上厚度的板材對(duì)接結(jié)構(gòu)。焊后一般都要進(jìn)行RT 射線(xiàn)探傷和超聲波檢測(cè)。來(lái)發(fā)現(xiàn)焊縫中存在的焊接缺陷，并找出焊接缺陷位置和種類(lèi)，方便焊工去除焊接缺陷后補(bǔ)焊。

1 未熔合

此接頭形式的RT 射線(xiàn)探傷焊縫中由于操作不當(dāng)或焊接電流過(guò)小時(shí)會(huì)產(chǎn)生未熔合缺陷。未熔合會(huì)降低焊縫承載強(qiáng)度，產(chǎn)生應(yīng)力集中誘發(fā)裂紋。在RT 射線(xiàn)探傷焊縫中是不允許存在的。未熔合主要分為三類(lèi)：a.焊縫根部未熔合；b.焊縫層間未熔合;c.焊縫與母材坡口側(cè)壁未熔合。

1.1 焊縫根部未熔合

產(chǎn)生原因：多產(chǎn)生于焊縫打底焊，在底片上顯示清晰的一條黑直線(xiàn)條，起始端和末端一般沒(méi)有尖角的缺陷。打底焊前預(yù)熱不徹底，坡口兩側(cè)受熱不均勻。選用的焊接參數(shù)不合適，電弧太軟，也就是電壓太大，電弧太長(zhǎng)，導(dǎo)致電弧沒(méi)有沖擊力，還有就是焊接保護(hù)氣體流量太小，也會(huì)導(dǎo)致電弧不穩(wěn)產(chǎn)生未熔合缺陷。

修補(bǔ)方法：鋁合金V 型坡口對(duì)接RT 焊縫一般都是帶墊板的對(duì)接機(jī)構(gòu)，有永久性墊板和半永久性墊板兩種。焊縫根部未熔合多產(chǎn)生于打底焊層一般都在墊板槽內(nèi)部，一般后焊從焊縫背面去除墊板槽修補(bǔ)，只要焊接時(shí)焊機(jī)和操作沒(méi)出問(wèn)題的話(huà)，去除墊后96%以上能合格，去除墊板時(shí)要仔細(xì)觀察，缺陷是否被去除干凈，一般都會(huì)看到黑色的黑線(xiàn)，去除黑線(xiàn)后可以PT 滲透探傷檢測(cè)缺陷是否被去除干凈。如在不傷母材的情況下未熔合缺陷沒(méi)被去除干凈，可以再未熔合黑線(xiàn)處進(jìn)行刨溝補(bǔ)焊，用PT滲透檢測(cè)輔助，待未熔合缺陷被去除干凈后，再清理干凈待補(bǔ)焊區(qū)域周邊50mm 左右，并預(yù)熱100 攝氏度左右后再進(jìn)行補(bǔ)焊。補(bǔ)焊時(shí)焊接電壓不要太大，一般福尼斯焊機(jī)電流選用185A 左右，電感用正參數(shù)2 左右焊接。

預(yù)防措施：焊接前將工件組對(duì)始焊端4mm，終焊端6mm 間隙，預(yù)留出收縮余量。焊前預(yù)熱100 攝氏度左右，焊接時(shí)打底焊采用大電流小電壓焊接增加電弧穿透力，焊接時(shí)注意控制焊接角度，使焊槍保持左右90 度，后傾5-10 度方便觀察熔池狀態(tài)。

1.2 焊縫層間未熔合

產(chǎn)生原因：多產(chǎn)生于多層多道焊，焊縫填充層。焊縫層間焊未熔合在底片上顯示為長(zhǎng)線(xiàn)型陰影，多道焊時(shí)上一道與下一道焊縫熔合不良產(chǎn)生的。一般都是上一道清理不干凈，或死角太大，焊槍電弧打不到死角根部造成的。修補(bǔ)方法：修補(bǔ)未熔合最好從焊縫正面進(jìn)行刨焊，利用風(fēng)動(dòng)直磨機(jī)去除焊縫填充金屬，用肉眼仔細(xì)觀察，如發(fā)現(xiàn)黑色未熔合線(xiàn)繼續(xù)清理，可以用不銹鋼碗刷機(jī)打磨黑線(xiàn)部位，去除干凈后再進(jìn)行焊接。預(yù)防措施：層間未熔合缺陷相對(duì)來(lái)說(shuō)比較好控制，層間清理很重要。每一道焊完后先用不銹鋼碗刷機(jī)打磨去除黑灰，如果焊縫死角太大，則用風(fēng)動(dòng)直磨機(jī)刮掉死角后再焊接。焊接參數(shù)選擇要合適，控制好層間溫度。

1.3 焊縫與母材坡口側(cè)壁未熔合

產(chǎn)生原因：焊縫與母材坡口側(cè)壁未熔合在底部上顯示黑色線(xiàn)條，打底焊時(shí)焊槍角度不正確或焊接電流過(guò)小時(shí)易產(chǎn)生此類(lèi)缺陷。修補(bǔ)方法：利用風(fēng)動(dòng)直磨機(jī)去除焊縫填充金屬，母材金屬與填充金屬顏色無(wú)明顯區(qū)別，注意用肉眼觀察，大約刮至坡口邊線(xiàn)時(shí)，切削幅度要放小一些，一點(diǎn)點(diǎn)薄點(diǎn)刮，修磨到焊縫與母材結(jié)合處去除至焊縫熔合線(xiàn)為止。用碗刷機(jī)打磨后更容易觀察到焊縫熔合線(xiàn)去除缺陷后方可進(jìn)行補(bǔ)焊。（如下圖）

預(yù)防措施：焊縫與母材坡口邊線(xiàn)未熔合主要預(yù)防方法是控制好熱輸入，參數(shù)選擇要合理，控制好層間溫度，層間清理干凈，始焊端與終焊端焊槍角度要始終保持一致。

2 夾渣

夾渣會(huì)降低焊縫接頭的強(qiáng)度和塑性。使焊縫應(yīng)力增大，此接頭形式的RT 射線(xiàn)探傷焊縫夾渣分為：墊板槽內(nèi)夾渣、焊縫內(nèi)夾渣。

2.1 墊板槽內(nèi)夾渣

產(chǎn)生原因：是由于焊縫墊板槽內(nèi)部氧化膜清理不干凈，或打磨時(shí)有不銹鋼碗刷毛殘留在墊板槽內(nèi)部或焊槍噴嘴清理不干凈焊接時(shí)噴嘴上的熔渣掉落進(jìn)焊縫熔池中造成的。

修補(bǔ)方法：墊板槽內(nèi)夾渣在底片上顯示不規(guī)則的團(tuán)絮狀，墊板槽內(nèi)夾渣修補(bǔ)時(shí)采用風(fēng)動(dòng)直磨機(jī)從焊縫背面去除焊縫墊板，如果在不傷目材的前提下沒(méi)去除干凈就在背面刨溝去除干凈夾渣物后再補(bǔ)焊。預(yù)防方法：用不銹鋼碗刷機(jī)打磨墊板槽內(nèi)部，把氧化膜去除干凈，焊前用風(fēng)槍把掉落在焊縫墊板槽內(nèi)部的不銹鋼碗刷毛吹干凈，把焊槍噴嘴飛濺物清除干凈后再焊接。

2.2 焊縫層間夾渣

產(chǎn)生原因：主要是由于操作者焊接時(shí)，焊縫層間清理時(shí)不銹鋼碗刷毛未能清理干凈，熔化后熔合在焊縫中，焊縫黑灰未清除干凈或焊接飛濺顆粒熔入焊縫熔池中多產(chǎn)生在焊道層間熔合處。修補(bǔ)方法：依據(jù)底片中顯示的夾渣所在的準(zhǔn)確位置，在對(duì)應(yīng)的焊縫部位用風(fēng)動(dòng)直磨機(jī)將夾渣去除干凈后再補(bǔ)焊。預(yù)防措施：焊接前把焊槍噴嘴清理干凈，焊縫周邊50mm 的氧化膜清除干凈，夾渣主要出現(xiàn)在多層多道的情況，可以采取在焊接下一道焊道之前用不銹鋼碗刷機(jī)清理焊道表面的熔渣。焊接電壓不能太大，鋁合金焊絲比較柔軟，焊接時(shí)電壓太大容易產(chǎn)生大量的大顆粒飛濺物，吹落至熔池前方，熔化后進(jìn)熔池產(chǎn)生夾渣。降低焊接速度也能夠有效減少夾渣的形成。焊縫層間用不銹鋼碗刷清理黑灰后要用風(fēng)槍吹干凈不銹鋼碗刷毛和切削下來(lái)的鋁合金金屬粉塵，這樣可以避免夾渣缺陷的產(chǎn)生。

3 結(jié)論

綜上所述，總結(jié)了鋁合金材質(zhì)焊縫中未熔合、夾渣缺陷產(chǎn)生的原因。未熔合、夾渣這些缺陷會(huì)降低焊縫承載強(qiáng)度，是造成產(chǎn)品疲勞斷裂失效的主要原因，需要在發(fā)現(xiàn)后及時(shí)修補(bǔ)處理，本文針對(duì)上述焊接中常見(jiàn)的未熔合、夾渣缺陷給出了詳細(xì)的修補(bǔ)方法以及預(yù)防措施，總結(jié)了實(shí)際生產(chǎn)的經(jīng)驗(yàn)，為以后鋁合金車(chē)體的高鐵車(chē)輛牽引部位關(guān)鍵焊縫生產(chǎn)打下了基礎(chǔ)，對(duì)鋁合金材質(zhì)對(duì)接V 形坡口永久性墊板RT 射線(xiàn)探傷焊縫生產(chǎn)具有良好的指導(dǎo)作用。