錐形罐體環焊縫焊接技巧

南車長江車輛有限公司（湖南株洲 412003）朱頌軍

南車長江車輛有限公司（湖北武漢 430212）劉文亮 武永亮

鐵路罐車的罐體通常采用8～10mm厚的低合金鋼板卷制而成，罐體制作需先將板料或筒體進行組對點焊，再采用埋弧焊工藝依次進行內外全熔透對接焊。傳統的罐體利用其能勻速回轉的直圓筒結構優勢實現埋弧焊接。目前，為了使介質排放更徹底，斜錐體結構罐體漸漸的成為鐵路罐體結構設計的主宰。但在現有的技術裝備條件下，斜錐罐體難以實現勻速回轉，因此在罐體的回轉過程中需要依靠一些嫻熟的焊接操作經驗和技能來對其進行修正或焊接補償。

1.作業流程及裝備準備

（1）焊接前工裝設備調試 焊接前工裝設備調試是焊縫成形好壞的關鍵。目前的技術裝備中，采用一組焊接滾輪架帶動罐體回轉，即4個橡膠滾輪借助滾輪與罐體的接觸摩擦作用驅動罐體相應回轉。由于斜錐體罐是一種漸變徑的立體幾何結構，回轉時極易發生軸向竄動（或稱螺旋運動），兩筒體對接坡口的運動軌跡形成的不是一個圓環，而是一條螺旋曲線，給正常的埋弧焊接帶來一定困難。因此在施焊前首先要調整胎位滾輪架的定位、水平度及其對角線，確保將筒體在滾輪架上轉動一周的誤差嚴格控制在20mm之內，然后將其胎位點焊固定，以確保筒體下焊劑墊的位置在有效距離之內，防止焊劑墊在罐體轉動過程中產生偏離，造成筒體外側焊縫底部保護不良，焊縫焊穿。

（2）內外環焊接作業流程 內外環焊接分為內環Ⅰ、內環Ⅱ、內環Ⅲ、外環升降胎位四個工序，如圖1所示。

圖1 內（外）環焊縫示意

第一，內環Ⅰ工序：首先經過對筒胎位組裝三個單筒，修割焊瘤，打上樣沖，將組裝好的筒體吊入內環Ⅰ胎位，罐體的橫向中心線與兩滾輪架的中心線應基本一致，且1、2號焊縫與滾輪架的距離均為750 mm。經檢查合格后先采用氣體保護焊對1、2號內環焊縫進行打底，再進行內環埋弧焊，如圖2所示。

圖2 內環焊Ⅰ示意

第二，內環Ⅱ工序：將內環Ⅰ工序組焊合格的罐體吊入封頭組裝胎位，組裝點焊1位封頭，修割打磨工藝肋板，打上樣沖之后將罐體轉入內環Ⅱ胎位，罐體的橫向中心線與兩滾輪架的中心線應基本一致，且3、4號焊縫與滾輪架的距離均為750 mm。經檢查合格后先采用氣體保護焊對3號內環焊縫進行打底，再進行內環埋弧焊，如圖3所示。

圖3 內環焊Ⅱ示意

第三，內環Ⅲ工序：將內環Ⅰ工序組焊合格的罐體吊入封頭組裝胎位，組裝點焊2位封頭，修割打磨工藝肋板，再用氣割開人孔、聚油窩、排油閥等，打上樣沖，轉入內環Ⅲ胎位。經檢查合格后先采用氣體保護焊對4號內側環焊縫進行打底（見圖4），再啟動滾輪架將人孔轉至底部位置，將埋弧焊機從人孔處抬入，進行內環埋弧焊焊接。

圖4 內環焊Ⅲ示意

第四，外環焊工序：將罐體用兩臺天車吊運至外環焊臺位，首先落入間距近的滾輪架上，依次焊接如圖1所示的5、6號外環焊縫。再將其吊運至間距遠的滾輪架上，依次焊接如圖1所示的7、8號外環焊縫。

2.埋弧焊焊接工藝

（1）焊接方法 首先，筒體鋼板厚度為14mm，為了保證焊縫焊透及探傷合格，接頭采用Y形坡口。

其次，組裝過程須保證裝配間隙控制在±2mm，組裝合格后，采用氣體保護焊工藝定位焊固定并對坡口面進行打底焊。

最后，施焊前徹底清除焊道內的飛濺、油污和水分等雜物，選擇合適的焊接參數，具體參數如表1所示。為了保證探傷合格，焊接產生的裂紋、氣孔、未熔合等缺陷需用砂輪機徹底清除后補焊，焊接完畢必須把焊縫兩邊和焊道兩側的飛濺清理干凈。

表1 打底焊參數

在確定打底焊無任何缺陷后方可進行埋弧焊焊接，由于相對于直筒罐體施焊過程難度有所提高，所以要求操作者有熟練的焊接操作技能。

（2）焊接材料 選用牌號為H08MnMoA，φ4.0mm的埋弧焊絲，焊絲熔敷金屬化學成分如表2所示。

表2 埋弧焊焊絲化學成分（質量分數） （%）

（3）埋弧焊參數 在錐體罐環焊過程中，焊穿和氣孔兩種焊接缺陷極易出現，為了防止這兩種焊接缺陷的產生，焊前必須做好相應的工藝措施，選擇合理的焊接參數，如表3所示。

表3 埋弧焊參數

（4）埋弧焊工藝要求 第一，清除打底時焊縫兩邊產生的飛濺，并檢查焊縫的熔合性。

第二，焊劑墊必須緊貼焊縫背面，定時添加焊劑，并保證焊劑墊的旋轉方向與筒體滾動的方向相反。

第三，焊前清除焊縫兩側≥20mm范圍內的鐵銹、油污、水分等雜物，對裝配時留下的焊瘤進行打磨直至平滑過渡。

第四，使用前檢查焊絲表面質量，如表面有水分、油污、生銹時禁用。

第五，焊劑在使用前必須經干燥、烘干處理。

（5）內環焊的操作要點 第一，焊接時調整焊機位置，使焊絲中心線與焊件中心線保持一致，使焊槍始終位于圓環的最底部，如圖5所示。

圖5 內外環焊的焊接位置

第二，首先觀察焊劑墊的位置是否在筒體的6點位置。焊劑墊中的焊劑要緊貼筒體，為了焊縫能夠有足夠的熔深，焊絲位置必須要控制在筒體的6點位置且要對準焊縫中心。調節焊接參數和滾輪架的速度，啟動滾輪架與焊機開始焊接，筒體的轉速應與埋弧焊小車的速度相匹配。在焊接過程中通過觀察焊渣成形、成形焊縫的表面顏色及聽焊接聲音來判斷工藝參數的匹配性。特別注意避免采用下坡焊，因為采用下坡焊時容易造成焊縫熔深不夠，并易產生大量氣孔和夾渣，成形也不美觀，難以達到質量要求。

第三，焊接時注意調節焊接設備以保證焊縫滿足以下要求：焊縫中心與筒體的對接接口中心偏差≤2mm以下，焊縫寬度為16～23mm，余高為（2±1）mm。

第四，焊接產生氣孔、夾渣等缺陷時，需用碳弧氣刨或用砂輪機徹底清理后補焊。

（6）外環焊縫焊接 外環焊縫采用升降平臺懸空焊接，焊絲對準筒體焊縫中心，及偏離筒體12點位置40～60mm處（見圖5），使得外環焊縫焊接時略呈上坡焊狀態。根據筒體的大小變化進行適當調整焊絲的位置，筒體越大數值增加，反之則減小，這樣既能保證焊縫熔深，又能取得一個非常理想的焊縫質量（見圖6）。

圖6 外環焊焊縫剖面

由于斜錐罐體在作回轉運動時，焊縫部位的φ圓環實際是在作偏心圓運動，而不是勻速圓周運動，因此在焊接過程中會有一半焊縫位于加速運動階段，成形后的焊縫猶如下坡焊，焊縫寬度變寬同時較難達到熔深；而另一半焊縫位于減速運動階段，成形后的焊縫猶如上坡焊，焊縫寬度變窄同時焊縫余高超高，并容易焊穿母材。對于這一問題，由于無法改進工件的旋轉方式，只有通過調整焊機機頭工作位置，變動焊槍口與焊點的距離來對焊接參數進行修正或補償。在操作過程中，根據摸索經驗，將升降式焊接作業平臺的控制臺移裝到焊機操作臺位，由焊工根據罐體回轉狀態控制焊接工作臂的伸縮或升降，可達到上述目的。

3.焊后缺陷及修補措施

（1）氣孔與夾渣的修補措施 第一，用碳弧氣刨徹底刨掉氣孔或夾渣等缺陷。

第二，用砂輪機打磨氣孔與夾渣周圍飛濺及里面的滲碳層，直至完全露出金屬光澤，并將端部打磨至呈≥1:4的斜度。

第三，用埋弧焊補焊。

第四，少數氣孔或待補焊縫較短之處，允許采用焊條電弧焊進行補焊，然后打磨焊縫表面至圓滑過渡。

（2）焊穿的修補措施 第一，應立即熄弧，停止滾輪架的轉動，將燒穿的地方反轉至施焊位置。

第二，清除夾渣，用砂輪機打磨燒穿處，直至露出金屬光澤。

第三，先采用氣體保護焊修補焊穿處，補到比之前焊縫低1～2mm，再啟動滾輪架采用埋弧焊工藝進行焊接。

（3）探傷要求 完成油罐車筒體的所有環焊縫后，將筒體冷卻至室溫，根據工藝要求對所有環焊縫進行超聲波探傷。均按CAC-T-94-096《焊縫超聲波探傷》要求探傷。如有缺陷，先采用碳弧氣刨徹底清除焊接缺陷，用砂輪機打磨清除滲碳層至露出金屬光澤，再根據相應工藝進行補焊。

4.結語

通過以上工藝措施，成功地控制了埋弧焊常見的缺陷，使錐罐環焊縫一次性焊接合格率達到99.9%以上，水壓檢測一次性合格率達到100%，完全達到了焊接工藝要求。焊接過程中注重焊絲位置與焊件中心線相對位置的調整，保證外環焊縫焊接盡量避免下坡焊狀態，內環焊縫焊接時呈上坡焊狀態，對防止焊接缺陷、改善焊縫成形具有決定性作用。