程洪建 張志昌 張建鋒

(南車(chē)眉山車(chē)輛有限公司 工藝技術(shù)部，四川 眉山620032)

0 前言

在過(guò)去兩年，我公司批量生產(chǎn)的某焦炭運(yùn)輸專(zhuān)用車(chē)的制動(dòng)管系原材料采用不銹鋼冶金復(fù)合管（以下簡(jiǎn)稱(chēng)復(fù)合管），其覆層為不銹鋼材質(zhì)，與以往批量生產(chǎn)用的不銹鋼管材質(zhì)相比，其內(nèi)壁具有較高耐腐蝕性，但其基層采用碳鋼材質(zhì)，相對(duì)不銹鋼管降低原材料成本，經(jīng)濟(jì)性較好。本文主要通過(guò)相關(guān)對(duì)比工藝試驗(yàn)及生產(chǎn)過(guò)程來(lái)介紹復(fù)合管管接頭的TIG焊焊接工藝以及實(shí)際運(yùn)用優(yōu)化控制措施。

1 復(fù)合管材料特點(diǎn)

1.1 復(fù)合管結(jié)構(gòu)

復(fù)合管是以20鋼無(wú)縫鋼管為基層（碳鋼層），1Cr18Ni9Ti不銹鋼薄壁焊管為覆層（不銹鋼層），界面采用爆炸焊等方式使覆層連續(xù)均勻的覆于基層鋼管內(nèi)壁所形成的復(fù)合管材料，如圖1所示。復(fù)合管的結(jié)構(gòu)特性也使其在制動(dòng)管加工工藝流程與采用不銹鋼管具有明顯的區(qū)別，由于復(fù)合管基層為碳鋼，所以與管接頭焊縫實(shí)際是碳鋼與碳鋼之間的焊縫，但為了不使內(nèi)部不銹鋼覆層與碳鋼基層發(fā)生分離，熱輸入必須控制在較低的水平。

圖1 不銹鋼冶金復(fù)合管結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 制動(dòng)管加工工藝流程

復(fù)合管加工工藝流程如下圖2所示：

圖2 復(fù)合管加工工藝流程

1.3 管件下料

由于復(fù)合管由覆層和基層冶金結(jié)合在一起，界面的結(jié)合強(qiáng)度與基層和覆層本身相對(duì)較弱，為確保加工過(guò)程基層與覆層不出現(xiàn)分離，避免給管接頭焊接帶來(lái)困難，其下料切割方式需慎重選取。經(jīng)過(guò)不斷摸索與調(diào)試驗(yàn)證，可采用直切車(chē)刀，通過(guò)調(diào)整車(chē)床運(yùn)行轉(zhuǎn)速及進(jìn)給量來(lái)減小車(chē)刀對(duì)復(fù)合層的影響，再經(jīng)專(zhuān)用倒角機(jī)倒角加工后到達(dá)較理想的效果，且不會(huì)產(chǎn)生分層現(xiàn)象。

2 制動(dòng)管焊接試驗(yàn)

復(fù)合管使用技術(shù)要求明確規(guī)定與之配套使用的接頭體材質(zhì)為20號(hào)鋼，且其表面經(jīng)鋅鉻涂層(達(dá)克羅)處理，因此焊接前需通過(guò)焊接工藝試驗(yàn)來(lái)確定相應(yīng)的焊接工藝參數(shù)。

2.1 焊前準(zhǔn)備

（1）表面雜質(zhì)處理：復(fù)合管及接頭體的焊接部位應(yīng)清除水分、鐵銹、油污等污物，另，根據(jù)運(yùn)裝貨車(chē)[2009]89號(hào)文件要求，接頭體焊接區(qū)域不得有鋅鉻涂層，目前我公司已經(jīng)購(gòu)置數(shù)臺(tái)金相拋光機(jī)對(duì)管接頭焊接界面進(jìn)行拋光打磨。拋光要求：接頭體焊接部位露出金屬光澤。

（2）組裝：要求復(fù)合管與接頭體組裝的間隙均勻且不大于1mm。焊接前，焊槍空運(yùn)行，檢測(cè)和調(diào)試焊接設(shè)備的同軸度，使整個(gè)焊接過(guò)程中焊槍與焊件距離始終一致。

（3）環(huán)境要求：焊接環(huán)境溫度要求不低于5℃，焊接區(qū)域風(fēng)速不大于1m/s。

2.2 焊接試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備情況，實(shí)際焊接試驗(yàn)采用2種不同的焊接方法：熔化極脈沖氣體保護(hù)焊（MAG）與鎢極氣體保護(hù)焊（TIG），焊接材料見(jiàn)表1。試驗(yàn)設(shè)備為我公司脈沖MAG管件自動(dòng)焊專(zhuān)機(jī)和TIG管件自動(dòng)焊專(zhuān)機(jī)。

根據(jù)制動(dòng)管的規(guī)格，制定相應(yīng)的焊接工藝參數(shù)，表2為焊接試驗(yàn)使用的工藝參數(shù)。

表1 試驗(yàn)用焊接材料

表2 試驗(yàn)用焊接參數(shù)

2.3 焊接試驗(yàn)對(duì)比分析

試驗(yàn)使用的MAG（圖3）、TIG（圖4）管接頭自動(dòng)焊專(zhuān)機(jī)均是采用管件固定，焊槍圍繞管接頭作勻速圓周運(yùn)動(dòng)完成自動(dòng)焊接。

圖3 MAG焊專(zhuān)機(jī)

圖4 TIG焊專(zhuān)機(jī)

采用表2中焊接參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)后，對(duì)得到的焊接試件進(jìn)行如下對(duì)比分析：

（1）外觀焊縫質(zhì)量對(duì)比（圖5、圖6）

從外觀上看，采用TIG焊生產(chǎn)的管接頭明顯優(yōu)于MAG焊。TIG焊的焊縫波紋更細(xì)致、更規(guī)律，說(shuō)明熔池前進(jìn)及冷卻的過(guò)程更穩(wěn)定。MAG焊的焊縫中部有鼓包的現(xiàn)象，即焊縫余高過(guò)高，說(shuō)明管件TIG焊專(zhuān)機(jī)從焊縫外觀上更具優(yōu)勢(shì)。

圖5 MAG焊焊縫外觀

圖6 TIG焊焊縫外觀

（2）內(nèi)表面滲透探傷

圖7 MAG焊焊接接頭內(nèi)表面

圖8 TIG焊焊接接頭內(nèi)表面

圖9 MAG焊滲透探傷

圖10 TIG焊滲透探傷

在合理的焊接規(guī)范前提下，TIG焊與MAG焊都沒(méi)有產(chǎn)生基層與覆層的剝離，也沒(méi)有發(fā)生焊穿的情況，內(nèi)部表面滲透探傷結(jié)果表明均沒(méi)有裂紋產(chǎn)生。

（3）宏觀金相對(duì)比

圖11 TIG金相圖片

圖12 MAG金相圖片

宏觀金相分析表明TIG焊明顯優(yōu)于MAG焊。從熔合線(xiàn)的分布來(lái)看，MAG焊焊縫咬邊情況較為突出，TIG焊兩側(cè)母材熔合均勻，類(lèi)似等腰直角三角形，而MAG焊兩側(cè)母材熔合深度不一。

從一系列的對(duì)比試驗(yàn)看，TIG、MAG焊均能對(duì)復(fù)合管管接頭進(jìn)行焊接。但TIG具有焊縫成型好，無(wú)氣孔，根部熔合更優(yōu)的特點(diǎn)。目前我公司已淘汰了原有的MAG管接頭MAG專(zhuān)機(jī)，使用三臺(tái)TIG焊專(zhuān)機(jī)對(duì)各類(lèi)車(chē)型的管接頭進(jìn)行焊接作業(yè)，單班日產(chǎn)達(dá)到了20臺(tái)份以上，氣密性試驗(yàn)通過(guò)率達(dá)到98%。

3 焊接質(zhì)量控制

3.1 焊接角度

角接接頭（PB位置）：焊槍與水平線(xiàn)的夾角應(yīng)在45°～60°之間，且鎢極應(yīng)指向焊縫中心。如果焊接角度不正確，就會(huì)發(fā)生如圖13、圖14的情況，由于熔池偏向鋼管一側(cè)，造成側(cè)壁熔合過(guò)多，但焊縫根部未完全焊透。熔池由于重力作用塌陷，咬邊的情況更嚴(yán)重。焊槍角度如果過(guò)分偏向管材側(cè)，除了咬邊、根部未熔合，還會(huì)使管材承受過(guò)大的熱輸入從而造成復(fù)合管碳鋼層與不銹鋼層剝離。

圖13 咬邊

圖14 根部未熔合

正確的焊槍角度如15圖所示，焊槍與水平方向夾角45°～60°，與焊接方向夾角75°～85°。

圖15 PB位置焊槍正確角度示意圖

對(duì)接接頭（PA位置）正確的平對(duì)接環(huán)焊縫自動(dòng)焊接時(shí)，焊槍角度應(yīng)如圖16所示，焊槍與管材垂向中心線(xiàn)呈4°～7°夾角，焊絲與水平面夾角小于10°。

圖16 PA位置正確焊槍角度示意圖

3.2 焊接現(xiàn)場(chǎng)

目前鐵道車(chē)輛制動(dòng)管接頭分為DN10、DN15、DN20、DN25、DN32五種規(guī)格，各規(guī)格的管件壁厚不盡相同，每種管接頭焊接工藝規(guī)程都會(huì)有差異。下圖17為我公司管件加工中心工藝看板，該看板清晰陳列出每條焊縫的焊接工藝規(guī)程，讓操作者可隨時(shí)查看。

圖17 工藝看板

3.3 其它影響因素

3.3.1 焊縫表面清潔度制動(dòng)管件之管接頭焊縫，無(wú)論是何材質(zhì)，焊前都需清潔，排除油污、銹蝕、表面鍍鋅處理層等對(duì)焊接有高危影響的因素。

3.3.2 焊接氣體

TIG焊采用氬氣，推薦使用純度大于99.9%的氬氣。氣流量應(yīng)控制在15-22L/min，過(guò)低或過(guò)高的氣流量都不利于熔池的保護(hù)。

3.4 修焊

若氣密性試驗(yàn)中有漏泄需要修焊時(shí)，修焊電流應(yīng)比焊接電流小20-30A，修焊復(fù)合管焊接返修建議不超過(guò)兩次，以避免反復(fù)加熱造成接頭部位基層與覆層分離。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜合本文所述，相比MAG焊接，TIG焊在鐵路貨車(chē)管件類(lèi)短小焊縫的焊接上具有在成型、內(nèi)部質(zhì)量等方面的優(yōu)勢(shì)。合理的焊接方法和焊接規(guī)范，諸如焊接角度、焊前清理、規(guī)范控制等是保證焊接質(zhì)量的重要手段。本文所述的復(fù)合管焊接工藝措施，同樣適用于不銹鋼鋼管的管接頭焊接。經(jīng)過(guò)數(shù)次批量生產(chǎn)驗(yàn)證，采用TIG自動(dòng)焊專(zhuān)機(jī)焊接制動(dòng)管接頭后，氣密性實(shí)驗(yàn)通過(guò)率一直保持在98%，焊縫外觀質(zhì)量顯著提升。

［1］運(yùn)裝貨車(chē)[2009]89號(hào) 不銹鋼冶金復(fù)合管技術(shù)條件（暫行）[Z].

［2］吳林，等，主編.焊接手冊(cè)[S].2版.機(jī)械工業(yè)出版社.