張學(xué)軍 冷慶君

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

關(guān)鍵詞：有軌電車(chē);異種鋼;工藝改善;方法固化

前言

隨著現(xiàn)代鐵路客運(yùn)時(shí)速逐步提升，產(chǎn)品的質(zhì)量要求越來(lái)越高。新型交通運(yùn)輸工具——低地板有軌電車(chē)由于其安全性、舒適性、載客量大等優(yōu)點(diǎn)在國(guó)內(nèi)開(kāi)始逐漸推廣應(yīng)用。而焊接構(gòu)架作為有軌電車(chē)的核心零部件，直接決定了低地板有軌電車(chē)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(yùn)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(duì)接焊縫，焊接完畢進(jìn)行超聲波探傷，發(fā)現(xiàn)焊縫焊接缺陷較高，需要耗費(fèi)大量作業(yè)時(shí)長(zhǎng)進(jìn)行焊修工作，導(dǎo)致探傷焊修成為焊接構(gòu)架的瓶頸工序，因此針對(duì)此問(wèn)題進(jìn)行焊接工藝及操作手法改善解決問(wèn)題勢(shì)在必行^[1]。

1 中間梁組成焊接工藝情況

有軌電車(chē)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(hù)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(wèn)題分析

對(duì)焊接構(gòu)架進(jìn)行探傷數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，平均構(gòu)架焊接缺陷數(shù)為10.4筆。對(duì)缺陷位置進(jìn)行判定，起弧、收弧、接頭（墊板銜接處）及可達(dá)性較差位置缺陷占86%。對(duì)缺陷進(jìn)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(yīng)性不佳和焊接清理不徹底等有關(guān)，這幾個(gè)方面也是我們對(duì)問(wèn)題進(jìn)行分析的要點(diǎn)。

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(diǎn)，但也存在諸多問(wèn)題。首先其作為絕緣體，只能托住鐵水，確保背面成型，卻無(wú)法從該部位起、收弧，引出焊接缺陷。同時(shí)由于本身不導(dǎo)電，與母材不相熔，熔池金屬極易出現(xiàn)熔池先行問(wèn)題。其次焊縫組裝間隙較大，打底焊焊道過(guò)寬在陶瓷墊板位置電弧橫跨過(guò)程極易出現(xiàn)熔池先行和斷弧情況，現(xiàn)有操作方式無(wú)法保證焊接質(zhì)量。因此陶瓷墊板引熄弧性差的特性會(huì)造成焊接缺陷。

2.2 大間隙異種鋼對(duì)接的影響

由第1章可知，焊縫接頭為異種鋼材，焊接過(guò)程熱量輸入大、應(yīng)力集中、淬硬傾向大、焊接性差。且組裝時(shí)先組一側(cè)墊板，在組對(duì)其它部件過(guò)程，墊板需略低一些，以便于組裝，這時(shí)由于墊板在中間位置，組對(duì)后墊板就會(huì)出現(xiàn)單側(cè)間隙，如圖2-1所示，在施焊過(guò)程間隙側(cè)極易滲入熔池金屬形成未熔合缺陷。同時(shí)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(dǎo)致單層焊道過(guò)寬，焊槍需要擺動(dòng)幅度較大，在焊接過(guò)程電弧橫跨幅度過(guò)大，不易對(duì)熔池金屬控制，電弧難以在母材處停留，從而導(dǎo)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(wú)法保證母材側(cè)焊縫熔深，也會(huì)造成未熔合缺陷，如圖2-2所示。

2.3 焊接可達(dá)性差的影響

在對(duì)焊接可達(dá)性分析時(shí)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(jìn)行焊接，焊接至焊縫末端時(shí)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(wèn)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(zhǔn)備

1）焊前對(duì)焊縫進(jìn)行預(yù)熱處理，減小焊后冷卻速度，改善焊縫應(yīng)力狀態(tài)。

2）焊縫轉(zhuǎn)角位置、墊板銜接位置，將陶瓷墊進(jìn)行處理，達(dá)到無(wú)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(jìn)行分兩道焊接，封面時(shí)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(huì)出現(xiàn)熔池先行及斷弧問(wèn)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(shí)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(wèn)題，優(yōu)化焊接方式：改為由左向右焊接（由焊接姿勢(shì)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(dòng)方向發(fā)生改變，與熔池金屬流動(dòng)趨勢(shì)相反，熔池金屬不會(huì)出現(xiàn)先行問(wèn)題，從而消除收弧部位的未熔合缺陷。另外每層焊后使用風(fēng)鏟均勻、適度敲擊焊縫表面，以釋放內(nèi)部焊接應(yīng)力，減少焊接殘余應(yīng)力。

3.4 改善效果

改善后使用UT探傷手段檢驗(yàn)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(tái)車(chē)的焊接缺陷由原來(lái)的10.4筆降低到了2.44筆，UT探傷一次合格率由原來(lái)的46%提升到了93%。

4 結(jié)論

有軌電車(chē)焊接構(gòu)架大間隙異種鋼對(duì)接焊縫焊接質(zhì)量攻關(guān)從現(xiàn)場(chǎng)的工藝參數(shù)、焊接操作及檢測(cè)結(jié)果等方面對(duì)焊接缺陷產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，并提出了相應(yīng)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(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，解決了有軌電車(chē)焊接構(gòu)架大間隙異種鋼對(duì)接焊縫存在的大量未熔合及氣孔等缺陷問(wèn)題，提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1]孫竟容.實(shí)用焊工手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

[2]俞尚知.《焊接工藝人員手冊(cè)》[M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1991.

[3]陳強(qiáng).《焊接手冊(cè)》[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

（作者單位：中車(chē)青島四方機(jī)車(chē)車(chē)輛股份有限公司）