有軌電車焊接構架大間隙異種鋼對接焊縫探傷缺陷降低

張學軍 冷慶君

摘要：本論文主要介紹了有軌電車焊接構架大間隙異種鋼對接焊縫焊接工藝改善及方法固化。從現場的工藝參數、焊接操作及檢測結果等方面對焊接缺陷的原因進行深入分析，并根據分析提出了相應的焊接工藝改善方法，解決了有軌電車焊接構架大間隙異種鋼對接焊縫存在的大量未熔合及氣孔等缺陷等問題，提高了生產效率和產品質量。

關鍵詞：有軌電車;異種鋼;工藝改善;方法固化

前言

隨著現代鐵路客運時速逐步提升，產品的質量要求越來越高。新型交通運輸工具——低地板有軌電車由于其安全性、舒適性、載客量大等優點在國內開始逐漸推廣應用。而焊接構架作為有軌電車的核心零部件，直接決定了低地板有軌電車行駛的平穩性和安全性。

焊接構架的核心部件——中間梁組成運行中承受較大的載荷，且焊縫結構非常特殊，為大間隙異種鋼對接焊縫，焊接完畢進行超聲波探傷，發現焊縫焊接缺陷較高，需要耗費大量作業時長進行焊修工作，導致探傷焊修成為焊接構架的瓶頸工序，因此針對此問題進行焊接工藝及操作手法改善解決問題勢在必行^[1]。

1 中間梁組成焊接工藝情況

有軌電車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]。

焊縫結構為帶墊板的雙邊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：電流190-210A，電壓23-25V;填充、蓋面焊選用焊接工藝參數：電流240A-280A，電壓為25V-30V;氣體流量為18-22L/min^[3]。

2 ?焊接缺陷問題分析

對焊接構架進行探傷數據統計，平均構架焊接缺陷數為10.4筆。對缺陷位置進行判定，起弧、收弧、接頭（墊板銜接處）及可達性較差位置缺陷占86%。對缺陷進行摳挖，未熔合缺陷占缺陷總數的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。

焊接缺陷的產生一般情況下與焊接工藝參數不良、焊接操作適應性不佳和焊接清理不徹底等有關，這幾個方面也是我們對問題進行分析的要點。

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

2.2 大間隙異種鋼對接的影響

由第1章可知，焊縫接頭為異種鋼材，焊接過程熱量輸入大、應力集中、淬硬傾向大、焊接性差。且組裝時先組一側墊板，在組對其它部件過程，墊板需略低一些，以便于組裝，這時由于墊板在中間位置，組對后墊板就會出現單側間隙，如圖2-1所示，在施焊過程間隙側極易滲入熔池金屬形成未熔合缺陷。同時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，組裝間隙較大導致單層焊道過寬，焊槍需要擺動幅度較大，在焊接過程電弧橫跨幅度過大，不易對熔池金屬控制，電弧難以在母材處停留，從而導致焊縫中部金屬熔化后鑄鋼件側母材金屬仍處于固體狀態，無法保證母材側焊縫熔深，也會造成未熔合缺陷，如圖2-2所示。

2.3 焊接可達性差的影響

在對焊接可達性分析時發現，小縱梁與小橫梁U型焊縫采用自右向左焊接方式進行焊接，焊接至焊縫末端時由于轉胎與焊縫間距僅100mm左右，焊槍只能采取前傾角度焊接，極易造成熔池先行問題，從而在焊縫收弧位置產生未熔合缺陷。

3 焊接工藝改善

3.1 焊前準備

1）焊前對焊縫進行預熱處理，減小焊后冷卻速度，改善焊縫應力狀態。

2）焊縫轉角位置、墊板銜接位置，將陶瓷墊進行處理，達到無間隙銜接。所有焊縫端部加同材質引、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

從打底焊起進行分兩道焊接，封面時采用三道焊接，減少單道焊縫寬度，焊道變窄后電弧橫跨幅度減小，不會出現熔池先行及斷弧問題（陶瓷墊板處），焊道變窄后操作上便于控制熔池金屬狀態，加大電弧在母材側停留時間，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，焊槍出現前傾，極易出現熔池先行的問題，優化焊接方式：改為由左向右焊接（由焊接姿勢最不舒服位置焊起），雖然焊槍角度仍然存在前傾，但由于電弧移動方向發生改變，與熔池金屬流動趨勢相反，熔池金屬不會出現先行問題，從而消除收弧部位的未熔合缺陷。另外每層焊后使用風鏟均勻、適度敲擊焊縫表面，以釋放內部焊接應力，減少焊接殘余應力。

3.4 改善效果

改善后使用UT探傷手段檢驗焊縫質量，結果表明焊縫焊接質量得到明顯改觀和提升，基本不存在氣孔、未熔合等缺陷，平均每臺車的焊接缺陷由原來的10.4筆降低到了2.44筆，UT探傷一次合格率由原來的46%提升到了93%。

4 結論

有軌電車焊接構架大間隙異種鋼對接焊縫焊接質量攻關從現場的工藝參數、焊接操作及檢測結果等方面對焊接缺陷產生的原因進行分析，并提出了相應的焊接工藝改善方法，從工藝參數、層道分布、焊接操作等方面進行優化調整，解決了有軌電車焊接構架大間隙異種鋼對接焊縫存在的大量未熔合及氣孔等缺陷問題，提高了生產效率和產品質量。

參考文獻

[1]孫竟容.實用焊工手冊[M].北京：化學工業出版社，2007.

[2]俞尚知.《焊接工藝人員手冊》[M].上海：上海科學技術出版社，1991.

[3]陳強.《焊接手冊》[M].北京：機械工業出版社，2008.

（作者單位：中車青島四方機車車輛股份有限公司）