MIG钎焊在低地板车辆中的应用

2015-04-23 05:31张洪逵张汐汐

金属加工(热加工) 2015年24期

张洪逵张汐汐

1. 概述

低地板地铁车辆车顶与传统碳钢铁路车辆车顶的制造工艺不同，主要采用电阻点焊工艺进行焊接。车顶在进行密封焊接时，考虑焊接变形、残余应力和母材的性能变化等因素，选用MIG钎焊焊接工艺。本文重点通过不锈钢与碳钢的MIG钎焊试验，研究MIG钎焊工艺在低地板车辆焊接中的应用。

2. 低地板车辆车顶介绍

低地板车辆与传统的地铁车辆不同，主要由单个或者多个带受电弓车辆模块、带空调车辆模块和普通车辆模块组成。因此，低地板车辆车顶有带空调平顶的车顶、带受电弓的车顶以及普通车顶3种模块，车顶由波纹板、车顶边梁、横梁和HVAC平顶经电阻点焊和MIG钎焊组成。波纹板由不锈钢薄板压型后经激光拼焊而成；车顶边梁、横梁采用不锈钢板激光下料后折弯成形；HVAC 平顶由不锈钢板经激光拼焊后与HVAC 框架电阻点焊，然后再硬钎焊密封成形。车顶的骨架焊接机波纹板拼接采用电阻点焊工艺，波纹板与边梁、波纹板与平顶板、C型槽与边梁密封焊采用MIG钎焊焊接工艺。图1为普通平顶模块，图2为带空调平顶的车顶模块。

3. MIG钎焊工艺特点

MIG钎焊的焊接接头表面光洁，气密性好，形状和尺寸稳定，焊件的组织和性能变化不大，可连接相同的或不相同的金属及部分非金属。钎焊时母材熔点大，钎料熔点小，钎料熔化但焊件母材不熔化，焊缝周围整体大面积均匀的升温，因此，钎焊的变形和残余应力都比熔焊小。钎焊的反应只在母材表面发生，一般不会涉及到母材更深的结构，有利于异种钢的焊接。钎焊接头的强度较低，多采用搭接接头，通过增加搭接长度来提高接头强度。

4. MIG钎焊异种钢试验

MIG钎焊用熔化极惰性气体保护焊的焊接工艺方法，选用低熔点铜基焊丝做钎料对板材进行焊接，研究MIG钎焊工艺在低地板车辆焊接中的应用。

（1）焊前准备第一，母材选择：本次MIG钎焊焊接异种钢试验的母材为碳钢Q355和不锈钢X2CrNi12，碳钢和不锈钢熔点均大于1200℃。碳钢Q355是在普通低碳钢中添加少量Cu、Ni、Mn等元素而成，具有优质钢的强韧、耐蚀、高温、疲劳等性能，耐候性为普通碳钢的2~8倍。不锈钢X2CrNi12含有Cr、Ni、Cu、Si等合金元素，具有低的热导率，高电阻率，高线膨胀系数，焊接时易产生拉应力。不锈钢中含有Cr元素，易形成致密的薄膜保护，阻止介质对金属基体的继续腐蚀，但是，Cr元素同时会形成碳化铬（Cr23C6），在敏化温度区450~850℃长时间停留，促使Cr23C6在晶界析出，降低耐蚀性，容易形成晶间腐蚀。本次试验选用母材厚度如表1所示。

图1 普通平顶模块

图2 带空调平顶的车顶模块

第二，填充金属规格和型号：试验采用铝青铜焊丝（COPPERFIL CuAL8），φ1.0mm，如图3所示。焊丝熔点为1046℃，在直流反接熔化极电源下，清除铝的表面氧化膜。

第三，保护气体的选择：选用纯氩气体保护。惰性气体保护焊中选用纯氩气体可以使电弧燃烧稳定，飞溅极小，电弧电压和能量密度较低，适用于焊接薄板金属，纯氩气保护后的焊缝颜色也很漂亮。

第四，装配间隙和焊前表面处理：由于钎焊是靠毛细作用使金属填满焊缝间隙，所以焊接前一定要进行足够的表面清理与打磨，否则会产生钎料凝成球状很难铺展到母材表面。焊接时一定要保证装配间隙，因为装配间隙的大小直接影响焊缝的强度和致密性。

第五，焊接电压、电流：此次试验使用的是EWM焊机，由于该焊机具有‘一元化功能’，当选定焊接电流后，焊机会自动匹配出电弧电压，只需要在匹配的电压基础上进行电弧长短与软硬的调节便可进行焊接试验。本次试验的焊接参数如表2所示。

第六，接头准备：搭接焊缝的接头设计如图4所示，角接焊缝的接头形式如图5所示。

（2）焊接过程第一，搭接：按照试验前准备对异种钢进行搭接焊接，操作者在焊接过程中要尽量压低电弧，调节好电弧的长短与软硬程度，采用快速度小摆幅的焊接方法进行焊接，从而达到快速填满焊缝，焊缝质量达标及焊接变形量小的要求，焊缝如图6所示。

第二，角接：按照试验前准备对异种钢进行PB 平角焊，操作者在焊接过程中要尽量压低电弧，调节好电弧的长短与软硬程度，采用快速度小摆幅的焊接方法进行焊接，从而达到快速填满焊缝，焊缝质量达标及焊接变形量小的要求，焊缝如图7所示。（3）试验结果对两条焊缝分别进行检测，观察MIG钎焊对异种钢焊接时的特点。第一，外观检测：对两条焊缝进行外观检测，焊缝外观成形良好。第二，表面渗透检测：对两条焊缝分别进行PT探伤，发现焊缝表面没有未熔合、裂纹、气孔等缺陷，说明MIG钎焊焊接工艺在焊接碳钢和不锈钢时，选择合理的焊接参数可以到的焊缝外观合格的焊缝。