MIG釬焊在低地板車輛中的應(yīng)用

張洪逵 張汐汐

1. 概述

低地板地鐵車輛車頂與傳統(tǒng)碳鋼鐵路車輛車頂?shù)闹圃旃に嚥煌?，主要采用電阻點(diǎn)焊工藝進(jìn)行焊接。車頂在進(jìn)行密封焊接時，考慮焊接變形、殘余應(yīng)力和母材的性能變化等因素，選用MIG釬焊焊接工藝。本文重點(diǎn)通過不銹鋼與碳鋼的MIG釬焊試驗(yàn)，研究MIG釬焊工藝在低地板車輛焊接中的應(yīng)用。

2. 低地板車輛車頂介紹

低地板車輛與傳統(tǒng)的地鐵車輛不同，主要由單個或者多個帶受電弓車輛模塊、帶空調(diào)車輛模塊和普通車輛模塊組成。因此，低地板車輛車頂有帶空調(diào)平頂?shù)能図敗茈姽能図斠约捌胀ㄜ図?種模塊，車頂由波紋板、車頂邊梁、橫梁和HVAC平頂經(jīng)電阻點(diǎn)焊和MIG釬焊組成。波紋板由不銹鋼薄板壓型后經(jīng)激光拼焊而成；車頂邊梁、橫梁采用不銹鋼板激光下料后折彎成形；HVAC 平頂由不銹鋼板經(jīng)激光拼焊后與HVAC 框架電阻點(diǎn)焊，然后再硬釬焊密封成形。車頂?shù)墓羌芎附訖C(jī)波紋板拼接采用電阻點(diǎn)焊工藝，波紋板與邊梁、波紋板與平頂板、C型槽與邊梁密封焊采用MIG釬焊焊接工藝。圖1為普通平頂模塊，圖2為帶空調(diào)平頂?shù)能図斈K。

3. MIG釬焊工藝特點(diǎn)

MIG釬焊的焊接接頭表面光潔，氣密性好，形狀和尺寸穩(wěn)定，焊件的組織和性能變化不大，可連接相同的或不相同的金屬及部分非金屬。釬焊時母材熔點(diǎn)大，釬料熔點(diǎn)小，釬料熔化但焊件母材不熔化，焊縫周圍整體大面積均勻的升溫，因此，釬焊的變形和殘余應(yīng)力都比熔焊小。釬焊的反應(yīng)只在母材表面發(fā)生，一般不會涉及到母材更深的結(jié)構(gòu)，有利于異種鋼的焊接。釬焊接頭的強(qiáng)度較低，多采用搭接接頭，通過增加搭接長度來提高接頭強(qiáng)度。

4. MIG釬焊異種鋼試驗(yàn)

MIG釬焊用熔化極惰性氣體保護(hù)焊的焊接工藝方法，選用低熔點(diǎn)銅基焊絲做釬料對板材進(jìn)行焊接，研究MIG釬焊工藝在低地板車輛焊接中的應(yīng)用。

（1）焊前準(zhǔn)備 第一，母材選擇：本次MIG釬焊焊接異種鋼試驗(yàn)的母材為碳鋼Q355和不銹鋼X2CrNi12，碳鋼和不銹鋼熔點(diǎn)均大于1200℃。碳鋼Q355是在普通低碳鋼中添加少量Cu、Ni、Mn等元素而成，具有優(yōu)質(zhì)鋼的強(qiáng)韌、耐蝕、高溫、疲勞等性能，耐候性為普通碳鋼的2~8倍。不銹鋼X2CrNi12含有Cr、Ni、Cu、Si等合金元素，具有低的熱導(dǎo)率，高電阻率，高線膨脹系數(shù)，焊接時易產(chǎn)生拉應(yīng)力。不銹鋼中含有Cr元素，易形成致密的薄膜保護(hù)，阻止介質(zhì)對金屬基體的繼續(xù)腐蝕，但是，Cr元素同時會形成碳化鉻（Cr23C6），在敏化溫度區(qū)450~850℃長時間停留，促使Cr23C6在晶界析出，降低耐蝕性，容易形成晶間腐蝕。本次試驗(yàn)選用母材厚度如表1所示。

圖1 普通平頂模塊

圖2 帶空調(diào)平頂?shù)能図斈K

第二，填充金屬規(guī)格和型號：試驗(yàn)采用鋁青銅焊絲（COPPERFIL CuAL8），φ1.0mm，如圖3所示。焊絲熔點(diǎn)為1046℃，在直流反接熔化極電源下，清除鋁的表面氧化膜。

第三，保護(hù)氣體的選擇：選用純氬氣體保護(hù)。惰性氣體保護(hù)焊中選用純氬氣體可以使電弧燃燒穩(wěn)定，飛濺極小，電弧電壓和能量密度較低，適用于焊接薄板金屬，純氬氣保護(hù)后的焊縫顏色也很漂亮。

第四，裝配間隙和焊前表面處理：由于釬焊是靠毛細(xì)作用使金屬填滿焊縫間隙，所以焊接前一定要進(jìn)行足夠的表面清理與打磨，否則會產(chǎn)生釬料凝成球狀很難鋪展到母材表面。焊接時一定要保證裝配間隙，因?yàn)檠b配間隙的大小直接影響焊縫的強(qiáng)度和致密性。

第五，焊接電壓、電流：此次試驗(yàn)使用的是EWM焊機(jī)，由于該焊機(jī)具有‘一元化功能’，當(dāng)選定焊接電流后，焊機(jī)會自動匹配出電弧電壓，只需要在匹配的電壓基礎(chǔ)上進(jìn)行電弧長短與軟硬的調(diào)節(jié)便可進(jìn)行焊接試驗(yàn)。本次試驗(yàn)的焊接參數(shù)如表2所示。

第六，接頭準(zhǔn)備：搭接焊縫的接頭設(shè)計(jì)如圖4所示，角接焊縫的接頭形式如圖5所示。

（2）焊接過程 第一，搭接：按照試驗(yàn)前準(zhǔn)備對異種鋼進(jìn)行搭接焊接，操作者在焊接過程中要盡量壓低電弧，調(diào)節(jié)好電弧的長短與軟硬程度，采用快速度小擺幅的焊接方法進(jìn)行焊接，從而達(dá)到快速填滿焊縫，焊縫質(zhì)量達(dá)標(biāo)及焊接變形量小的要求，焊縫如圖6所示。

第二，角接：按照試驗(yàn)前準(zhǔn)備對異種鋼進(jìn)行PB 平角焊，操作者在焊接過程中要盡量壓低電弧，調(diào)節(jié)好電弧的長短與軟硬程度，采用快速度小擺幅的焊接方法進(jìn)行焊接，從而達(dá)到快速填滿焊縫，焊縫質(zhì)量達(dá)標(biāo)及焊接變形量小的要求，焊縫如圖7所示。（3）試驗(yàn)結(jié)果 對兩條焊縫分別進(jìn)行檢測，觀察MIG釬焊對異種鋼焊接時的特點(diǎn)。第一，外觀檢測：對兩條焊縫進(jìn)行外觀檢測，焊縫外觀成形良好。第二，表面滲透檢測：對兩條焊縫分別進(jìn)行PT探傷，發(fā)現(xiàn)焊縫表面沒有未熔合、裂紋、氣孔等缺陷，說明MIG釬焊焊接工藝在焊接碳鋼和不銹鋼時，選擇合理的焊接參數(shù)可以到的焊縫外觀合格的焊縫。

表1 母材厚度

圖3 焊絲

圖4 搭接焊縫接頭

圖5 角接焊縫接頭

圖6 搭接焊縫

圖7 角接焊縫

第三，宏觀金相檢測：兩個試驗(yàn)材料進(jìn)行縱向切割修模，進(jìn)行宏觀金相檢測，得到以下結(jié)果：①焊縫尺寸符合公差要求。②未發(fā)現(xiàn)氣孔。③在高倍放大鏡下，未發(fā)現(xiàn)宏觀裂紋。④由于釬焊的特點(diǎn)，可清晰的看見板材的未熔合線（見圖8）。

5. 結(jié)語

（1）選用合理的工藝參數(shù)，焊接質(zhì)量滿足ISO15085要求，并且具有焊絲熔化速度快，焊縫不熔合，焊接變形小、殘余應(yīng)力小等特點(diǎn)。

表2 焊接參數(shù)

圖8 搭接焊縫宏觀斷口

（2）MIG釬焊焊接工藝應(yīng)用于低地板車輛車頂后，優(yōu)化了車頂?shù)暮附庸に?。通過選擇合理的焊接參數(shù)，既滿足焊縫質(zhì)量要求，又提高了車頂外觀水平的。

[1]桑寶釗，白濤．MIG釬焊在鍍鋅板焊接上的應(yīng)用[J]．中國科技博覽，2010（4）：246-246.