雙絲氣保焊技術(shù)在鐵路貨車制造中的應(yīng)用

張興松

(武漢局集團(tuán)公司武漢車輛監(jiān)造項(xiàng)目部 湖北 武漢 430212)

NX70型平車中梁上、下蓋板與中梁的長直焊縫，焊縫總長為32.4 m，焊腳尺寸8 mm，為了控制焊接變形，雙邊對稱同時(shí)焊，平角位置焊接。傳統(tǒng)自動(dòng)氣保焊工藝為單絲焊，采用2臺單絲焊無法在節(jié)拍30 min內(nèi)完成焊接，需要安裝4臺單絲焊機(jī)械手[1]。雙絲MIG焊具有焊接速度快、熔敷效率高、熔深大、焊接質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)，可減少機(jī)械手的數(shù)量，滿足產(chǎn)線生產(chǎn)節(jié)拍的要求。為此，研究采用雙絲氣體保護(hù)焊技術(shù)替代傳統(tǒng)的單絲氣體保護(hù)焊技術(shù)，可顯著提高焊接效率。

1 雙絲氣體保護(hù)焊簡介

1.1 雙絲MIG焊接概念

雙絲焊為單面雙弧焊接，即同時(shí)使用2根焊絲在較高的焊接速度、相同的氣氛下熔化到同一個(gè)熔池中，完成一條焊縫的焊接方法，焊槍中雙絲分為前絲和后絲，前、后絲同時(shí)引弧，協(xié)同工作，分別受2個(gè)獨(dú)立的焊接回路控制，同一熔池中2個(gè)電弧互不干擾，如圖1所示。

圖1 雙絲MIG示意圖

1.2 雙絲MIG焊接原理

當(dāng)前絲一個(gè)周期時(shí)間后由峰值狀態(tài)轉(zhuǎn)為基值狀態(tài)時(shí)，會向從機(jī)發(fā)出一個(gè)觸發(fā)信號，使從絲電弧從基值狀態(tài)轉(zhuǎn)為峰值狀態(tài)。經(jīng)過一個(gè)周期后，從機(jī)又由峰值狀態(tài)轉(zhuǎn)為基值狀態(tài)，此時(shí)從機(jī)又向主機(jī)發(fā)出一個(gè)觸發(fā)信號，使主絲電弧從基值狀態(tài)轉(zhuǎn)為峰值狀態(tài)，這樣周而復(fù)始。確保每個(gè)電弧穩(wěn)定地燃燒，而不互相干擾。

焊接示意圖如圖2所示。

圖2 雙絲MIG焊接示意圖

1.3 雙絲MIG焊接主要工藝優(yōu)點(diǎn)

(1)焊接速度快，填充量大，熔敷效率高。前絲用于形成安全熔深，后絲快速填充，調(diào)節(jié)熔寬和焊縫，靈活調(diào)節(jié)、搭配。

(2)熱輸入小，減小材料變形。

(3)間隙橋接性好，有效地平衡材料公差。

(4)焊接過程自動(dòng)化，與機(jī)械手集成系統(tǒng)智能化焊接。

2 雙絲MIG焊接工藝及試驗(yàn)

2.1 低合金鋼典型厚度雙絲MIG焊接試件接頭形式

采用t8 mmQ450NQR1鋼板，直徑1.2 mm的焊絲TH550NQ-Ⅱ，80%Ar+20%CO2保護(hù)氣體，采用CMT Twin雙絲自動(dòng)焊進(jìn)行焊接，通過對焊縫的表面質(zhì)量、宏觀、微觀、硬度進(jìn)行測試，分析雙絲氣保焊工藝用于角縫焊接的工藝性和焊接質(zhì)量。

2.2 雙絲MIG焊接試驗(yàn)工藝方法和工藝參數(shù)

采用雙絲MIG焊接機(jī)械人系統(tǒng)，采用雙絲MIG焊接技術(shù)施焊。焊接工藝參數(shù)如表1所示。

表1 雙絲MIG焊接試驗(yàn)工藝參數(shù)

2.3 雙絲MIG焊接試驗(yàn)試件檢驗(yàn)內(nèi)容

對低合金鋼角接采用雙絲MIG焊縫進(jìn)行表面無損檢測，試件按NB/T 47013.4進(jìn)行100%磁粉檢測(MT)，合格級別Ⅰ級，檢測結(jié)果合格。

對低合金鋼角接采用雙絲MIG焊縫取樣進(jìn)行金相分析，按GB/T 226、GB/T 13298進(jìn)行金相檢驗(yàn)，宏觀金相如圖3、圖4所示，微觀金相如圖5所示。按GB/T 2654進(jìn)行硬度檢驗(yàn)，檢測方法示意如圖6所示。

圖3 2019-24宏觀金相

圖4 2019-25宏觀金相

圖5 微觀金相

圖6 硬度檢測示意圖

3 試驗(yàn)結(jié)果

3.1 低合金鋼雙絲MIG角焊的焊接工藝性能和焊接質(zhì)量

完成雙絲MIG焊接的焊件表面如圖7所示。可以看出，上述規(guī)格低合金鋼板角接焊縫可以實(shí)現(xiàn)雙絲MIG焊接機(jī)械人系統(tǒng)焊接，焊接接頭光滑美觀，無超標(biāo)的焊接缺陷。

圖7 雙絲MIG焊縫

低合金鋼角接采用雙絲MIG焊接機(jī)械人系統(tǒng)單道焊接完成，焊接速度600～800 mm/min時(shí)，焊腳尺寸K值達(dá)到8 mm。

3.2 低合金鋼雙絲MIG角焊的接頭宏觀金相

宏觀金相結(jié)果，經(jīng)肉眼觀察無裂紋、無氣孔、無夾渣、無未熔合和未焊透等缺陷。

焊縫根部熔合良好，熔深約2～4 mm。

3.3 低合金鋼雙絲MIG角焊的接頭微觀金相組織

從顯微組織可以看出，焊縫區(qū)組織先共析粗大鐵素體沿柱狀分布，晶內(nèi)存在貝氏體、珠光體、魏氏體組織，未發(fā)現(xiàn)明顯的焊接缺陷和脆性相，具體結(jié)果如表2所示。

3.4 低合金鋼雙絲MIG角焊的接頭硬度

雙絲MIG焊接的角接焊縫硬度如圖8所示，焊縫區(qū)、熱影響區(qū)硬度值HV10最大值269，符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

表2 金相組織試驗(yàn)結(jié)果

圖8 焊接接頭硬度

4 結(jié)果分析

綜上所述，采用雙絲MIG焊接機(jī)械人系統(tǒng)完成焊接的低合金鋼角接焊件，能達(dá)到以下目標(biāo)：

(1)角焊縫采用常用的Q450NQR1鋼板，直徑1.2 mm的實(shí)芯焊絲TH550NQ-Ⅱ，80%Ar+20%CO2富氬混合保護(hù)氣體焊接，表面磁粉檢測合格，截面宏觀金相和硬度未發(fā)現(xiàn)異常，符合GB/T 19869.1標(biāo)準(zhǔn)對焊接工藝評定合格的要求。

(2)雙絲單道焊，2F位置焊接，焊角尺寸K值達(dá)到8 mm以上仍成形良好，同時(shí)焊接速度達(dá)到600～800 mm/min，采用2臺套雙絲焊接系統(tǒng)同時(shí)焊接時(shí)，焊縫總長32.4 m，焊接時(shí)間20～27 min，滿足中梁翻焊三工位NX70型平車中梁上、下蓋板與中梁的長直焊縫工序焊接節(jié)拍30 min的要求。可以替代4臺傳統(tǒng)自動(dòng)氣保焊工藝單絲機(jī)械手焊接系統(tǒng)，提高了焊接速度和效率。

(3)低合金鋼板角接采用雙絲MIG焊接技術(shù)和雙絲MIG焊接機(jī)械人系統(tǒng)進(jìn)行焊接，主弧與從弧可進(jìn)行靈活調(diào)節(jié)控制，雙電弧之間無干擾，焊接同時(shí)起弧或分開起弧，電弧穩(wěn)定，焊接過程安全可靠。

綜上分析，采用如圖9所示雙絲氣體保護(hù)焊系統(tǒng)，可以滿足NX70型平車中梁上、下蓋板與中梁的長直焊縫的焊接質(zhì)量和產(chǎn)線節(jié)拍等技術(shù)要求。

圖9 NX70型平車中梁蓋板雙絲焊接系統(tǒng)示意圖

5 結(jié)論

通過試驗(yàn)證明，低合金鋼角接采用雙絲MIG焊接機(jī)械人系統(tǒng)完成焊接的焊件，表面磁粉檢測合格，截面宏觀金相、微觀金相和硬度未發(fā)現(xiàn)異常。低合金鋼板角接采用雙絲MIG焊接技術(shù)和雙絲MIG焊接機(jī)械人系統(tǒng)進(jìn)行焊接，焊接接頭性能均合格，該技術(shù)應(yīng)用可行，可以在NX70型平車中梁上、下蓋板與中梁的長直焊縫生產(chǎn)制造中應(yīng)用，也可在鐵路貨車其他類似焊接接頭上推廣。

采用雙絲MIG焊接技術(shù)和雙絲MIG焊接機(jī)械人系統(tǒng)進(jìn)行低合金鋼板角接焊接，自動(dòng)化程度高、生產(chǎn)效率高、成品質(zhì)量高并穩(wěn)定，生產(chǎn)過程安全可靠。