茍海成 馮鵬

摘 要：金屬常壓罐體類容器的探傷合格率必須滿足國家標準規范，文章對碳鋼運油車拼板自動焊出現的焊接缺陷進行了專項分析，并制定各類缺陷問題的排查方案，對人員加工要求、設備排查、工藝參數評定，工藝方法等方面進行了整體的優化和改善，焊接接頭各項力學性能均能夠滿足標準要求，大大提高了探傷合格率，固化了工藝方法，提高了生產效率和產品質量。

關鍵詞：RT探傷合格率；缺陷分析；工藝優化；產品質量

中圖分類號：TG444+.2 文獻標識碼：B 文章編號：1671-7988（2018）17-242-03

Abstract： The inspection pass rate of metal atmospheric tank cans must meet the requirements of the national standard. This paper carries out a special analysis of the welding defects that occur in the automatic welding of carbon steel trucks， and formulates various types of defect investigation and troubleshooting plans. Requirements， equipment inspections， process parameter assessments， and process methods have been optimized and improved. The mechanical properties of welded joints have met the requirements of the standards， greatly improving the inspection pass rate， solidifying the process methods， and increasing the production efficiency.

Keywords： RT inspection pass rate； defect analysis； process Optimization； product quality

CLC NO.： TG444+.2 Documents Code： B Article ID： 1671-7988（2018）17-242-03

前言

危險品運輸車主要用于拉運專用危化品液體，如汽柴油、甲醇、原油等化工原料。其中罐車筒體部分的成型，必須采取拼板自動焊完成，拼焊完成后，按照輥卷工藝或者包罐工藝而完成筒體的成型，一般需要進行四次拼板自動焊完成筒體的拼板。因筒體成型后，拼板焊縫經過與焊縫方向平行的角度產生了拉延變形，在罐車滿載使用過程中，因需要承載罐內介質的沖擊力，因此，拼板自動焊焊接質量尤為關鍵。

我公司拼板自動焊機為氣缸琴鍵壓緊式拼板自動焊機（如圖2），有效焊接長度為9.5m，銅制成型襯墊槽，鋼結構壓腳，自動焊接小車為齒輪式步進電機驅動，具備無極調速，可實現直線行駛的自動焊接。焊接電源為美國進口Miller602（MIG/MAG）焊接電源。

1 焊接缺陷類別

1.1 焊接工藝介紹

我公司運油車產品拼板材料覆蓋碳鋼、不銹鋼等材質，屬于常壓容器，筒體A類和B類焊接接頭為5條縱焊縫和2條環焊縫[1]，其中縱焊縫采用現有設備，進行熔化極氣體保護焊，單面焊雙面成型。

拼板工藝過程為，從拼板焊接進料端，將待拼接的兩塊板材放至拼焊機中心線兩側，通過調節設備自帶對中定位功能，使拼接間隙正處于背面襯槽中間位置，隨后在板材拼焊方向兩邊依次放置引弧板與息弧板。檢查設備與氣體壓力，設定電流電壓參數，輸入行走速度參數，準備工作就緒后即可進行施焊作業。現以我公司常規碳鋼運油車產品為例，拼板接頭焊接工藝分析見表1：

設備使用的工作環境要求，如電源、工作環境溫度、濕度、作業海拔和工作場所等因素，均符合基本焊接工藝標準要求和設備要求。

1.2 焊接缺陷

在長度為8.4米碳鋼罐產品實際焊接時，其中拼板自動焊總焊接長度為8.4米，板材規格為8400×1500（mm），共計五塊板材，累計四條焊縫，拼板焊完成后，工藝對所有縱焊縫分別進行了外觀成型檢驗和RT探傷檢測，通過檢驗，主要存在以下缺陷：

（1）焊縫正面余高不一致，余高偏高（≥4mm），焊縫背面成型不良（如圖4）；

（2）RT探傷結果顯示氣孔缺陷居多（如圖5）。

2 焊縫余高過高原因分析

焊接余高過高，主要原因與焊接工藝參數、板材拼接間隙及焊接速度的快慢有關。焊縫的余高愈大，應力集中程度愈嚴重，焊接接頭的強度反而會降低，同時，余高過高，會增加內部缺陷的產生，且缺陷很可能會產生疲勞裂紋，降低產品使用年限。經排查所有焊縫，大部分焊縫余高均在可控范圍內，僅局部區域焊縫余高存在過高現象，且余高過高部位的焊縫背部，均存在成型不良現象，由于間隙過小，焊接熔池鐵水無法全部流至背部成型槽而導致。因此，外購板材的拼板邊緣直線度不合格，是產生此缺陷的主要原因。我公司目前外購的板材均符合GB-709[2]，其中關于邊緣直線度誤差范圍，國家標準要求15mm，實物符合國標，但無法滿足拼板自動焊要求。

3 焊接氣孔原因分析

一般焊接氣孔主要有H2孔、CO氣孔或N2孔，各種氣孔產生原因不同，實際氣孔缺陷也并不是單一的，也可能是共同出現的。氣孔產生的主要原因較多，主要保護氣體純度不純、焊接區域油污未清理、氣體保護效果不良等等。現有氣孔缺陷均在焊縫內部、為非貫穿性氣孔。因成因復雜，與氣體、設備穩定性、原材料和工藝前處理等因素較多，因此需要專項排查。

3.1 焊接材料分析

MAG焊采用ER50-6焊絲，焊前無需烘干，經檢查，焊絲包裝完好，焊絲表面無水跡、油污和銹蝕，且對焊機送絲機構進行檢驗，并無水跡或油污污染。對焊絲進行了化學成分復驗，表2為實心焊絲ER50-6的化學成分復驗結果，結果顯示焊絲化學成分符合要求。

3.2 原材料及襯墊分析

對原材料進行了排查，以排除是否為板材表面前處理不合格，而導致表面有水漬、鐵銹及油污等雜質，經排查，所有板材在焊接前，均打磨了母材邊緣20mm以內及邊緣斷面的氧化層，并在焊接前用丙酮進行了擦拭。

襯墊為純銅襯墊，用上述相同的方法對襯墊進行了檢查，并在實際焊接進行前，襯墊均有清潔處理。

因此，通過分析，Q235原材料、焊材及襯墊在焊前均做了正確的處理，并根據低碳鋼中的焊接氣孔缺陷主要以CO和N2居多[3]，因此首先排除H2孔的可能性。

3.3 保護氣體分析

保護氣體為氬保氣（80%Ar+20%CO2），經過多個廠家不同批次，經檢驗合格的保護氣體的試板焊接檢測發現，保護氣體純度符合要求。并檢查了設備供氣管路，管路通暢無漏氣現象，因此保護氣體與設備供氣管路不是產生氣孔的主要原因。

3.4 焊接完工件分析

通過對焊接完成的焊縫進行RT擴探檢測后，發現出現氣孔的位置存在一定的不連續性，存在一定的間隔，間隔大約在5m左右。同時，發現實際焊接過程存在一定的焊接飛濺，而且通過排查焊槍噴嘴，噴嘴內側管壁存在焊接飛濺物粘連，且部分飛濺物堆積較多，因此影響了焊接的氣體保護作用。

同時，通過對焊絲化學成分的檢測發現，焊絲中的Si和Mn元素含量較多，此兩種元素為脫氧元素，并限制了C含量，可以有效的防止CO的產生，所以，氣孔的主要成分應是以N2居多。焊縫中大量N2氣孔的主要原因是由于焊接區域氣體保護不良所產生的，如：氣流量小、焊嘴堵塞等原因[3]。

綜上初步排查分析后，得出焊縫區域氣體保護不良是導致焊縫產生氣孔的主要原因。

4 工藝改善

4.1 余高過高工藝調整

通過上述分析，外購板材邊緣直線度差，是產生余高過高且背部成型不良的主要原因。為了減少單車制造成本，在小批量訂單生產中，通過對外購的國標板材進行修邊處理，通過剪板機減去邊緣不平齊部分，保證母材邊緣直線度公差≤2mm。大批量訂單，公司直接采購定尺料，板材寬度邊緣直線度公差良好，能夠確保焊接質量，也能保證生產效率與成本的控制。

4.2 焊接氣孔缺陷工藝優化

根據上述分析，焊接過程中持續產生的飛濺物堵塞焊嘴，導致焊縫侵入空氣產生氣孔。飛濺的產生原因主要與焊接工藝參數、焊絲干伸及保護氣體有關系，其中，焊絲干伸通過調整，由以前18mm更改至16mm，焊接飛濺有所減少。同時，工藝人員對焊接工藝參數進行了調整，并在焊接試板進行了驗證，焊接工藝參數見表3（僅體現主要參數）。

通過大量試驗發現，適當減小焊接速度時，飛濺明顯偏少，但焊接速度的減少，影響了單車拼板自動焊的工藝節拍。因此，工藝人員對保護氣體進行了調整，調整為98%氬氣與2%氧氣的混合氣體，因為氬氧氣能細化熔滴尺寸，熔滴過度穩定性好，飛濺少[4]。按照保證焊接速度的前提下，通過焊接驗證，實際焊接無飛濺產生，熔滴過渡穩定，焊縫成型較好。并且氬氧氣（98%Ar+2%O2）與氬保氣（80%Ar+20% CO2）采購成本相同，因此，工藝調整為氬氧氣（98%Ar+2%O2）。

通過上述兩項工藝優化后，實際焊接過程進行了RT探傷檢測，焊縫符合I級以上標準，缺陷得到了控制。

5 結論

（1）母材邊緣直線度差，是導致局部余高過高且背部成型不良的主要原因。

（2）對焊材、母材進行分析，結果顯示焊材化學成分符合要求，不是產生焊縫氣孔的原因。

（3）根據氣孔缺陷產生的規律分析，飛濺堵塞焊嘴是主要原因。通過對保護氣體及焊接工藝參數的優化驗證，最終達到了無飛濺，焊縫RT合格的要求。

參考文獻

[1] GB 18564.1金屬常壓罐體技術要求[S].2006.

[2] GB 709 熱軋鋼板和鋼帶的尺寸，外形，重量及允許偏差[S].2006.

[3] 楊春利等.電弧焊基礎[M].哈爾濱：哈爾濱工業大學出版社，2003.

[4] 陳祝年.焊接工程師手冊-2版[M].北京：機械工業出版社，2009.