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        鋁合金車頂自動焊焊接工藝及常見質(zhì)量問題

        2016-08-02 05:33:45黃建劍
        廣東科技 2016年11期
        關(guān)鍵詞:車頂焊槍焊機

        文/黃建劍

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        鋁合金車頂自動焊焊接工藝及常見質(zhì)量問題

        文/黃建劍

        0 前言

        鋁及鋁合金具有密度小、強度高和較高的延展性、易加工的性能,廣泛應(yīng)用于航空、航天以及軌道車輛制造業(yè)。其中,A6N01牌號鋁合金既有較高的強度、優(yōu)良的成形性能,又有良好的焊接性能,已廣泛用于中國鐵路車輛制造業(yè)和城市軌道交通設(shè)備制造業(yè),是制造薄壁中空大型壁板型材的良好材料。焊接后,鋁合金強度均有一定程度的耗損,即焊后鋁合金強度低于焊前的。故焊接質(zhì)量關(guān)系著車體結(jié)構(gòu)整體強度和列車安全。而在鋁合金車體結(jié)構(gòu)中,自動焊焊縫占焊縫總量的60%以上,且都為長直焊縫,集中在受力關(guān)鍵部位。因此,鋁合金自動焊焊縫質(zhì)量至關(guān)重要?,F(xiàn)以CRH6型200公里城際動車組為例,介紹車頂自動焊焊接及其常見問題。

        1 鋁合金車頂焊接

        1.1車頂結(jié)構(gòu)

        CRH6型動車車頂由5根長24米大型中空擠壓型材拼接組焊而成(如圖1),型材成分為A6N01S,熱處理方式為T5。型材兩側(cè)邊緣形式分公芽、母芽兩種,接口形式為對接,帶永久性墊板(如圖2)。型材以車頂縱向中心線左右對稱分布。

        圖1 組裝示意圖(正裝)

        圖2 接口形式

        1.2焊接工藝

        為滿足焊后車頂尺寸要求,車頂自動焊分正面和反面自動焊兩步,分別在正裝工裝和反裝工裝上進行焊接。焊接流程為:先將型材在車頂正裝工裝上組裝好,使用kemmpi焊機進行正反兩面定位焊,焊后刨平正面定位焊,開坡口,清理焊道,再使用IGM自動焊焊機從一位端向二位端進行焊接;然后同時焊接外側(cè)兩道,再焊接中間兩道;焊完正面,將車頂?shù)踹\至反裝工裝,采用相同方式焊接反面。

        1.3焊接設(shè)備

        設(shè)備為Rti456型IGM焊機,擁有主副兩個機械手,兩把焊槍,可同時焊接。機械手前端構(gòu)成為:探頭在前,焊槍在后,兩者相距80mm,中間為保護氣體出口。探頭通過激光掃描焊道(如圖3),將焊道信息反饋給控制器,控制器提前調(diào)整焊槍位置,保證焊槍始終對準(zhǔn)焊道根部。激光靈敏度高,可準(zhǔn)確識別坡口形狀,保證了焊接質(zhì)量。

        2 車頂常見質(zhì)量問題

        2.1焊縫焊偏

        車頂自動焊跟蹤方式為激光跟蹤。車頂自動焊焊縫均為24米,焊機焊接量大,焊接產(chǎn)生的粉塵易吸附在激光頭前方的濾光片上,造成激光頭對坡口識別能力下降;點固焊縫坡口不直,坡口中心不居中、深度不夠,以及坡口清理不干凈,造成激光難以識別坡口形狀或識別的坡口形狀不對;坡口打磨方向不對,造成坡口過亮,紋路不符合要求。

        焊前應(yīng)檢查濾光片,定期對激光探頭進行清潔;按工藝要求開坡口和打磨坡口;正式焊接前,先進行空走,確認設(shè)備對焊道坡口的識別情況;正式焊接過程中,配備兩名焊工分別觀察主副手焊槍的焊接狀態(tài),若發(fā)現(xiàn)焊偏,立即停止焊接,避免出現(xiàn)大焊偏,增加返修量或產(chǎn)品報廢的情況。

        圖4 焊偏

        2.2密集型氣孔

        鋁合金焊縫氣孔主要是氫氣孔。氫在液體鋁和固態(tài)鋁的溶解度相差極大,而鋁導(dǎo)熱性極好,冷卻快,氫來不及逸出就會在焊縫里面形成氣孔。焊縫上的氣孔缺陷會減小結(jié)構(gòu)承載橫截面的有效面積,并且在缺陷周圍會出現(xiàn)應(yīng)力集中,降低焊縫強度。通常焊縫產(chǎn)生氣孔,主要原因是:電弧電壓不合理,焊槍角度不對,焊接環(huán)境濕度大、有風(fēng),焊件表面有水漬、油污等,坡口表面有氧化膜、未清理干凈,保護氣體不純,焊機長時間停止工作后冷空氣進入送氣管路里等。

        為了減少和避免氣孔缺陷,焊接時應(yīng)使用采用合理的焊接參數(shù),嚴(yán)格控制焊接環(huán)境,工件、坡口要采用丙酮、鋼絲輪清理干凈,使用純度達標(biāo)的氣孔,焊前預(yù)送保護氣體。針對厚大件,可采用預(yù)熱方式延長熔池存在時間,使得氣體充分逸出。

        2.3焊接裂紋

        焊接裂紋是指金屬在焊接應(yīng)力及其他致脆因素共同作用下,焊接接頭局部區(qū)域金屬原子結(jié)合力遭到破壞而形成新界面所產(chǎn)生的縫隙。焊接裂紋是焊接結(jié)構(gòu)中危害性最大的缺陷,其減小焊接接頭有效工作截面、造成應(yīng)力集中、泄露等。鋁合金車體不允許有任何裂紋缺陷。

        鋁合金車體焊接裂紋主要為熱裂紋。影響焊縫熱裂的因素有:鋁合金的化學(xué)成分,特別是低熔點化學(xué)元素S、P的含量過高,會增加熱裂傾向;焊接參數(shù)不合理;焊前焊道黑灰、油污清理不合格;接頭設(shè)計形式不科學(xué);工件所受拘束力過大等。

        為了預(yù)防和避免焊接裂紋,可通過以下方式處理如改善接頭形式,制定高標(biāo)準(zhǔn),選取低S低P的鋁合金,采取合理的焊接電流和焊接速度,焊前清理要到位,盡量降低焊接約束,合理安排焊接順序,焊后及時進行去除內(nèi)應(yīng)力處理。

        3 結(jié)論

        鋁合金動車車頂型材焊接主要采用IGM自動焊焊接,焊接速度快,生產(chǎn)效率高,利于實現(xiàn)批量化生產(chǎn)。

        自動焊焊接的焊縫都是關(guān)鍵焊縫。其易產(chǎn)生焊偏、氣孔、裂紋等缺陷,現(xiàn)場應(yīng)嚴(yán)格按照焊接參數(shù)要求執(zhí)行,并做好焊前清理,組裝好車頂各型材,加強自動焊焊工技能,以保證車頂焊接質(zhì)量,降低生產(chǎn)成本。

        作者簡介:黃建劍(1986-),男,工程師,本科,任職于中車廣東軌道交通車輛有限公司,從事動車車體鋁合金焊接質(zhì)量管理工作。

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