A型地鐵側梁密封焊縫焊接工藝改進探討

隋旭日 朱玉河 王濤

摘 要：A型地鐵測量是轉向架中重要部分，焊縫質量對于車輛安全運行及使用壽命具有直接影響，而當前焊接存在一定缺陷，無法保證其密封性。基于此，本文主要以A型地鐵側梁密封焊縫焊接缺陷切入，分析缺陷原因，并以此為基礎，提出相應的焊接工藝改進措施，以期為側梁密封焊縫焊接工作開展提供參考，從而提高生產效率。

關鍵詞：A型地鐵;密封焊縫焊接;工藝改進

前言：

A型地鐵中轉向架構主要是由橫梁、側梁及制動吊座等組成，側梁作為架構重要部分，不僅需要承擔車體組成，還要懸掛或支撐制動裝置、輪對裝置及垂向減震器等部件，為保證車輛能夠安全運行，我國通常采取箱型測量結構轉向架，由于承載需求，側梁中部易發生彎曲，焊接易變性，如若超出設計要求，則會延長制造周期，增加成本，需要改進側梁密封焊縫焊接工藝，對同類產品開發意義重大。

一、A型地鐵側梁密封焊縫焊接缺陷分析

1.焊接缺陷

A型地鐵側梁主要是箱型腔體，是由堵板、腹板及下蓋板等焊接密封而成，常規焊接順序是焊接腹板與堵板、焊接蓋板與堵板、焊接蓋板與腹板，通過分布焊接后，堵板與腹板、蓋板所構成3條焊縫交匯于1點（見圖1）。

側梁在焊接之后，需要通過氣壓、水壓試驗以保證其密封性，如若檢測不合格，則測量中氣體與水分會泄露，降低保壓值，通過在泄露位置標記的方式，可對焊縫缺陷加以定位[1]。通過分析后，可知缺陷主要集中于側梁外體中焊接接頭部位及三條焊縫交匯位置，結果統計后由于焊縫交匯位置而造成失壓概率約為98%。另外，1%失壓概率則是打底接頭焊縫缺陷所造成，而在焊接中由于過程較為復雜，隨著溫度升高材料力學性能為非線性變化，難以預測焊接變形規律。

2.原因分析

側梁焊接中出現焊縫缺陷，主要有以下原因：

（1）腹板坡口鈍邊量為0-1mm，組裝腹板與上蓋板后，其間隙是0.5-1mm，間隙較小，導致蓋板與腹板在焊接大地過程中，無法與梁體中腹板、蓋板及堵板交匯，實現有效熔合，此種情況下未熔合是導致無法通過密封性試驗的重要因素;

（2）外體打底焊接缺陷，側梁外體焊接將會形成V型單邊坡口，而腹板與蓋板母材卻存在一定厚度差異，在焊接中如若母材不均勻受熱，則會造成焊接接頭無法熔合，進而導致密封不足;

（3）完成梁體組裝后，上蓋板對焊縫為拘束狀態，焊接后受到熱脹冷縮作用，焊縫內部產生較大橫向拉應力（見圖2），組裝上蓋板后，坡口間隙是6±3mm，蓋板伸出班服兩端，為托住熔敷金屬，采取不可融化陶瓷板為臨時墊板，進而導致焊接難以起弧，蓋板端位置易發生未熔合缺陷。

二、A型地鐵側梁密封焊縫焊接工藝改進措施

1.改進工裝

側梁一次焊接是腹板與堵板，此工序重點在于保證堵板與焊縫邊緣平行度，為解決此問題，則在組裝焊接過程中，在兩端添加垂直止檔裝置，在組裝過程中，可通過絲杠固定端立板，確保堵板與腹板平行度，避免焊接焊縫造成變形扭曲。而側梁二次焊接則是蓋板與堵板，此工序焊接中采取“三位一體”工裝，用在側梁內外立板之中，可保證基準統一，以免出現不平行、錯邊的問題[2]。

2.三焊縫交匯位置

對于內部焊縫與外體交匯焊縫未熔合問題，可通過以下方式對此加以優化，以保證其試驗合格：一是研磨腹板和堵板相結位置坡口將組裝間隙增加，深度達到3mm即可，坡口長度則控制在20mm;二是蓋板焊縫與風度寒風，在與焊縫相距10mm位置上引弧，其目的在于確保焊縫能夠實現充分熔合，熔透組裝間隙;三是對梁體外側進行焊縫打底，保證內部焊縫與外體焊縫熔合;四是打磨清根熔透到梁體外部的熔敷金屬，以提高密封質量。

3.外體焊縫打底接頭

側梁外體焊縫打底接頭缺陷導致不合格，則需要改善以下工藝;一是焊接之前打磨打底接頭，保證形狀符合坡口形狀;二是引弧點與上一道焊縫相距10mm，壓覆底層焊道;三是焊接過程中焊槍始終為鋸齒形狀擺動，蓋板側母材停留時間適當延長;四是完成焊接后將接頭平整打磨。

4.改善金屬墊板

在完成陶瓷墊板安裝后，從蓋板端部進行起弧，保證熔敷金屬能夠熔合焊縫端部母材，熔敷金屬焊縫需凸出3-5mm，打磨焊縫為坡口形狀，以作為起弧和收弧位置，確保焊縫不會由于起弧收弧造成更多缺陷[3]。而在超探焊縫打底過程中，需增加填充焊一層，適當提高焊縫有效厚度，以保證其在承受外體焊接過程中，能夠承受相應抗力，避免發生裂紋問題。

5.跟蹤焊接過程

在整體焊接過程中，應當做到全過程跟蹤。首先，需要保證焊接手法為前后擺動方式，避免熔池先行，確保焊縫融合。在焊接第一遍時，需要填滿內坡口，焊槍角度是35°，而第二遍焊接，則保持焊槍45°角，隨著焊縫進行焊槍角度要不斷變化，盡量保證焊槍角度符合規定要求，以免不正確焊槍角度造成焊縫缺陷;其次，需要保證焊接參數與工藝文件相符，禁止出現過大或過小情況，打底焊理論參數為23V電壓與190A電流，封面焊則是26V電壓與240A電流，保證焊縫熔合充分，可在立板圓孔位置添加內坡口，以增加焊縫熔深，提高焊縫質量;再次，清理層間，應當將焊縫上的熔合線與藥皮清除，必要時可利用小型鉸刀，封面焊與打底焊接頭位置需要錯開，做好標注，避免接頭重疊造成焊縫無法熔合;最后，可應當保證熔敷金屬能夠滲透至焊縫根部位置，完成焊接動作后，適當將收弧停留時間延長，沿著焊縫進行反向3-5mm回焊，盡量降低其冷卻速度。

總結：

綜上所述，側梁焊縫質量對于側梁是否能夠發揮其承載作用具有重要影響。因此，在側梁焊接過程中，應當通過改進工裝、三焊縫交匯位置改進、外體焊縫打底接頭改進、改善金屬墊板及跟蹤焊接過程的方式，對側梁密封焊縫焊接工藝進行優化，可有效提高側梁箱體密封性。

參考文獻：

[1]劉陽，于云海，祁建偉，姜斌，段澤斌.120A型地鐵轉向架側梁焊接變形控制工藝研究[J].焊接技術，2019，48（04）：80-82.

[2]楊敏杰，賈榮輝，商浩，郭文俊，齊至亮，王一霖.A型地鐵側梁密封焊縫焊接工藝優化[J].科技與創新，2017（05）：124-125.

[3]梁連杰，劉晨，金文濤，魏文靜，周祿軍.全焊接A型鋁合金地鐵底架組焊工藝研究與變形控制[J].金屬加工（冷加工），2016（S1）：718-721.