氣體保護焊實芯焊絲在軌道車輛制造中的應用

王鵬

1. 氣體保護焊實芯焊絲使用情況介紹

我公司主要從事高速動車組、城際動車組、城市軌道車輛及高檔客車等系列產品的研發和生產。車輛的車體材料主要采用不銹鋼、碳鋼和鋁合金，熔化焊焊接方法為MIG焊、MAG焊及TIG焊，因此實芯焊絲在生產現場得到了廣泛使用，焊接材料種類和規格較多，主要材料對應使用的焊絲型號如表1所示。

CHW—40CNH（φ1.0mm）適用電流230A以下，主要用于側墻、車頂、總裝及底架波紋地板的焊接；CHW—40CNH（φ1.2mm）適用電流230A以上，主要用于底架框架的焊接；AWS A 5.9 ER309LSi（φ1.0mm）主要用于不銹鋼與碳鋼材料之間的焊接；AWS A 5.9 ER308LSi（φ1.0mm）主要用于不銹鋼件之間的焊接；ER50—6（φ1.2mm）適用電流230A以上，主要用于普通結構鋼材料之間的焊接；ER50—6 （φ1.0mm）適用電流230A以下，主要用于普通結構鋼材料之間的焊接；ER5356（φ1.2mm）主要用于鋁合金板厚在6mm以下的焊接；ER5356（φ1.6mm）主要用于鋁合金板厚在6mm以上的焊接。常用的幾種品牌的焊絲，如圖1所示。

表 1

圖 1

2. 實芯焊絲在使用過程中的典型問題

在實際生產過程中也遇到了一些關于焊絲的問題，主要集中在鋁合金材料的焊絲上。為了車體的輕量化，在車體的制造過程中使用了大量的鋁合金型材結構，如側墻、頂棚及地板等，這些部件通常由多塊20多m的中空型材拼焊而成，為了提高生產效率，提高焊縫的質量，降低勞動強度。大量應用了焊接機器人代替人工進行焊接，如圖2所示為IGM機器人焊接施工現場。

圖3為某產品側墻自動焊焊接完成后焊縫表面出現通長焊縫氣孔，氣孔成連續狀，并且直徑較大。由圖3a可以看出，焊縫表面出現大量鼓包現象，對焊縫余高進行稍微打磨后仍然可以用肉眼清晰地看見大直徑氣孔，焊縫余高磨平了進行PT探傷，氣孔有所減少，但是大直徑氣孔仍然沒有消除，說明該氣孔屬于貫穿性氣孔，焊縫上的氣孔密集，直徑較大，焊縫的質量得不到保證。眾所周知，鋁合金焊接的氣孔主要是氫氣孔，主要原因是在焊接過程中熔池進入了水分，所以只要找到水分的來源就可以查清氣孔超標的原因。

圖2 IGM焊接機器人

圖3 自動焊焊縫出現連續氣孔

通常情況下鋁合金焊縫中水分的來源有很多方面，故通過逐項排查，結果如表2所示。

經過上面分析，初步判斷問題焦點主要集中在氣體純度和焊絲上，為了找明產生氣孔的原因，我們加入了另外一個品牌的焊絲和瓶裝氣體作為對比試驗。準備4對焊接試板：所有試驗都是在同一條件下進行；1號焊絲為現場使用的焊絲，純度為99.999%高純氬氣；2號焊絲為全新另外一品牌焊絲，瓶裝氣為純度為99.999%高純氬氣。焊接參數如表3、表4所示。

環境溫度22℃，濕度為25%。焊接完成后按ISO10042—C級進行PT探傷。試驗結果如圖4所示。

通過以上試驗，說明現場所使用的焊絲是導致焊縫大面積氣孔的主要原因，及時進行了烘干處理也不能完全避免。故我們對該批次的焊絲進行了更換，最終解決了該問題。另外為了避免焊絲在儲運過程中被污染、受潮，建立了相應了配套制度，如焊絲當天領當天用原則；整盤焊絲使用前禁止開封，開封后必須立即使用，現場存放的焊絲包裝必須完整；現場存放架上不允許出現拆封后未使用的焊絲盤；每個產品項目完成后，現場剩余焊材要退回焊材庫統一處理等。

表2 焊縫氣孔產生原因排查

表3 焊接參數

表4 焊接參數

3. 對實芯焊絲研發和發展的期待和建議

焊絲的質量直接影響到焊縫的焊接質量，在生產過程中偶爾還遇到其他關于焊絲的問題，比如焊絲表面粗糙度不良，導致焊接過程中送絲不暢；焊絲表面有油污，導致焊縫質量不良；單盤焊絲中出現由熔接接頭，然后打磨處理，說明焊絲在制造過程中出現了斷絲現象；焊絲表面的耐磨性不足，送絲過程中因摩擦在送絲管內產生大量的絮狀物或粉末，在送絲管中堆積成球狀物，焊絲在進給過程中受到擠壓產生彎曲，長時間堆積會導致堵絲現象，電弧回燒導致導電嘴燒損、送絲管被脹破裂等現象。故焊絲在生產、運輸、儲存及使用等過程都必須按照相關標準建立完整的制度，不同批次的焊絲質量還不夠穩定，避免次品流入市場；提高焊絲耐磨性，保證焊絲在焊槍中送絲順暢；焊絲采用真空袋包裝、密封良好，并配裝干燥劑，防止在儲運過程中受潮；同時建立用戶回訪制度，第一時間獲取用戶的使用情況，不斷做出更優質的產品。

圖 4