某型動車組焊接工作試件常見問題及解決方案分析

何俊喜 楊婧婧

摘要：耐候鋼因其優(yōu)異的綜合性能，常被用于生產(chǎn)動車組轉(zhuǎn)向架構(gòu)架，而多層多道焊接在構(gòu)架焊接中是必不可少的，其焊接質(zhì)量的好壞直接影響構(gòu)架的可靠性。本文針對某型動車組焊接工作試件焊接過程中一系列的常見缺陷進行深入分析，從而找出缺陷產(chǎn)生的原因并提出解決方案，優(yōu)化焊接工藝并用以指導現(xiàn)場實際生產(chǎn)，為公司動車組轉(zhuǎn)向架構(gòu)架焊接質(zhì)量的提升提供理論依據(jù)和技術(shù)指導。

關(guān)鍵詞：缺陷;理化;金相;組織

1前言

焊接接頭的不完整性稱為焊接缺欠，主要有焊接裂紋、氣孔、固體夾渣、未熔合、未焊透等幾大類。這些缺欠減少焊縫截面積，降低承載能力，產(chǎn)生應力集中，引起裂紋，降低部件疲勞強度，容易引起焊接件破裂導致斷裂，其中危害最大的就是焊接裂紋和未熔合。

轉(zhuǎn)向架構(gòu)架由一系列板材件組裝焊接而成。作為高速動車組的核心部件，它承受車輛大部分的動載荷，而焊接技術(shù)是確保該部件安全運行的核心技術(shù)之一，焊接質(zhì)量的好壞直接影響著列車的安全性、可靠性和運行壽命。

某型動車組構(gòu)架焊接生產(chǎn)前，須針對重要的焊接接頭進行焊接工作試件的制作，并按相關(guān)標準對試件進行理化檢測，通過理化結(jié)果分析缺陷產(chǎn)生的原因及機理，從而制定糾正預防措施，用以優(yōu)化焊接工藝，指導正式構(gòu)架焊接生產(chǎn)。

2工作試件材料與要求

2.1母材

板材用S355J2W耐候鋼標準試板，產(chǎn)品成分及規(guī)定極限值的允許偏差執(zhí)行EN10025-5標準，鋼板化學成分見表1，機械性能見表2。

2.2焊材

焊絲用國產(chǎn)上海大西洋焊接材料有限責任公司生產(chǎn)的CHW-55CNH型鐵道車輛用高強度耐大氣腐蝕鋼用鍍銅氣體保護焊絲，焊絲的化學成分及力學性能見表3和表4。

2.3工作試件形式、焊接參數(shù)及基本要求

工作試件采用手工MAG焊接，保護氣體為80%Ar+20%CO2。焊前將焊縫及其周圍20mm范圍內(nèi)打磨露出金屬光澤。焊接過程中做好層間打磨清理，適當噴涂防飛濺液，控制層間溫度小于180℃，層與層之間錯開10mm-15mm以便于處理引弧、熄弧缺陷。焊接完成后進行打磨清渣處理，工作試件1、2分別如圖1、2所示。

工作試件1、2焊接工藝參數(shù)如表5、表6所示。

在工作試件焊接中，由于耐候鋼焊絲鐵水流動性差，參數(shù)選擇不合理以及操作水平不高等原因，產(chǎn)生各種缺陷問題，導致力學性能下降，焊縫不美觀，板件變形大等問題的出現(xiàn)，導致工作試件不合格。

3 主要焊接缺陷分析

焊接過程中常見的焊縫缺陷有焊縫咬邊、氣孔、夾渣、未填滿、未熔合、焊縫直線度差、焊縫成型不良、焊縫對稱度差等缺陷，其中以氣孔、未焊透為主要焊縫缺陷。

3.1氣孔

3.1.1 氣孔：是指焊接時，熔池中的氣體未在金屬凝固前逸出，殘存于焊縫之中所形成的空穴。其氣體可能是熔池從外界吸收的，也可能是焊接冶金過程中反應生成的。氣孔樣式如圖3所示。

3.1.2 形成氣孔的主要因素

（1） 材料因素，主要包括：氣體純度低，含有過多的雜質(zhì)或水分;焊絲生銹或表面不干凈;焊絲成分不符合要求等。

（2） 設(shè)備因素，主要是設(shè)備的供氣系統(tǒng)出現(xiàn)故障：一類是機械故障如管路漏氣或堵塞、噴嘴飛濺過多;另一類是焊機的控制系統(tǒng)故障，造成未提前送氣，滯后停氣或時送時斷等情況而形成氣孔。

（3） 工藝因素，主要包括：工作試件焊接部位清理不徹底，表面油污、銹蝕、漆等物質(zhì)未能清理干凈;噴嘴到熔池的距離太 遠，未能有效保護熔池;氣體流量過大或過小;電弧電壓過高，電弧過長，使熔滴在軸向的壓力增大而偏離熔池中心過渡，保護效果變差而形成氣孔;焊接速度過快，焊后焊槍離開過快，空氣進入未完成結(jié)晶的熔池形成氣孔。

（4） 環(huán)境因素，影響氣孔形成的環(huán)境因素主要是風速和濕度，風速超過允許值會吹走保護氣體，使空氣進入熔池中形成氣孔;濕度超過允許值則會使熔池中水分含量增加而產(chǎn)生氣孔。

（5） 操作因素，焊槍角度太大，氣體吹離了保護區(qū)域;終焊端收弧處未作停留，空氣進入熔池。

3.1.3 氣孔缺陷的控制措施

3.1材料控制：選用合格的氣體;選用符合成分要求的焊絲。

3.2設(shè)備控制：保障設(shè)備的供氣系統(tǒng)和供氣控制系統(tǒng)處于正常狀態(tài)。

（3） 工藝控制：工作試件焊接部位進行徹底清理;通 過試焊確定最佳工藝參數(shù)，主要包括：焊接電流、電弧電壓、焊接速度、焊絲伸出長度、氣體流量和焊接極性，使各參數(shù)達到最佳匹配。

（4） 環(huán)境控制：對焊接現(xiàn)場的風速和濕度進行控制，符合焊接要求才進行施焊。

3.1.4 操作優(yōu)化措施

一、焊前做好清除焊絲，工作坡口及其附近表面的油污、鐵銹、水分和雜物，必要時采用丙酮清理待焊區(qū)域，待全部揮發(fā)后再施焊;

二、防飛濺液的使用要適度適量，避開待焊區(qū)域20mm以內(nèi);

三、控制運條手法，采用“回蕩式”來回運作焊槍，減緩熔敷金屬冷卻速度，盡量確保氣體在熔敷金屬凝固前快速逸出，避免氣泡凝固在金屬內(nèi)部;

四、采用直流反接并用短電弧施焊;

五、焊前對待焊區(qū)域預熱，避免空氣濕度大導致待焊區(qū)域水汽停留，并減緩冷卻速度;

六、氣體流量18-22L/min的范圍，手動調(diào)整至20-22L/min，加大保護氣的保護作用。

通過采用以上措施，有效杜絕了焊縫密集型氣孔缺陷的質(zhì)量問題，優(yōu)化前后工作試件的焊縫成型如圖4所示。

3.2 未焊透

未焊透是指母材金屬未熔化，焊縫金屬沒有溶入母材根部，背面未熔透的現(xiàn)象。如圖5所示。

3.2.1 產(chǎn)生焊縫未焊透原因

（1）焊接電流小，熔深淺;

（2）焊接速度過快;

（3）坡口和間隙尺寸不合理，鈍邊太大;

（4）產(chǎn)生了弧偏吹現(xiàn)象;

（5）焊接處于下坡焊位置，根部母材未熔化時已被鐵水復蓋;

（6）母材根部有污物或氧化物影響熔敷金屬與母材間的熔化結(jié)合等。

3.2.2 優(yōu)化措施

（1）焊前用砂輪片仔細清根去除根部雜質(zhì)、銹跡、周邊油污及雜質(zhì);

（2）打底前，調(diào)整焊絲干伸長為15～20mm，焊接時，控制焊接速度為30～60cm/min，焊速適當走下限，采用短弧焊的方式進行焊接;

（3）控制焊接電流為240-250A，電壓為28-30V范圍，盡量控制在上限區(qū)域施焊，采用“打圈圈”運條手法進行熔化焊，壓道之間需壓覆良好，層與層之間徹底清理焊渣及氧化皮，優(yōu)化前后焊縫側(cè)面對比如圖6所示。

4、結(jié)論

通過對動車組焊接工作試件焊接過程中一系列的常見缺陷進行深入分析，找出解決方案，優(yōu)化焊接工藝，提高了焊接工作試件合格率，并用以指導現(xiàn)場實際生產(chǎn)提高了產(chǎn)品質(zhì)量，為公司動車組轉(zhuǎn)向架焊接工藝提供理論依據(jù)和技術(shù)指導。