罐车MAG拼板自动焊RT探伤合格率提升

苟海成 冯鹏

摘 要：金属常压罐体类容器的探伤合格率必须满足国家标准规范，文章对碳钢运油车拼板自动焊出现的焊接缺陷进行了专项分析，并制定各类缺陷问题的排查方案，对人员加工要求、设备排查、工艺参数评定，工艺方法等方面进行了整体的优化和改善，焊接接头各项力学性能均能够满足标准要求，大大提高了探伤合格率，固化了工艺方法，提高了生产效率和产品质量。

关键词：RT探伤合格率；缺陷分析；工艺优化；产品质量

中图分类号：TG444+.2 文献标识码：B 文章编号：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

危险品运输车主要用于拉运专用危化品液体，如汽柴油、甲醇、原油等化工原料。其中罐车筒体部分的成型，必须采取拼板自动焊完成，拼焊完成后，按照辊卷工艺或者包罐工艺而完成筒体的成型，一般需要进行四次拼板自动焊完成筒体的拼板。因筒体成型后，拼板焊缝经過与焊缝方向平行的角度产生了拉延变形，在罐车满载使用过程中，因需要承载罐内介质的冲击力，因此，拼板自动焊焊接质量尤为关键。

我公司拼板自动焊机为气缸琴键压紧式拼板自动焊机（如图2），有效焊接长度为9.5m，铜制成型衬垫槽，钢结构压脚，自动焊接小车为齿轮式步进电机驱动，具备无极调速，可实现直线行驶的自动焊接。焊接电源为美国进口Miller602（MIG/MAG）焊接电源。

1 焊接缺陷类别

1.1 焊接工艺介绍

我公司运油车产品拼板材料覆盖碳钢、不锈钢等材质，属于常压容器，筒体A类和B类焊接接头为5条纵焊缝和2条环焊缝[1]，其中纵焊缝采用现有设备，进行熔化极气体保护焊，单面焊双面成型。

拼板工艺过程为，从拼板焊接进料端，将待拼接的两块板材放至拼焊机中心线两侧，通过调节设备自带对中定位功能，使拼接间隙正处于背面衬槽中间位置，随后在板材拼焊方向两边依次放置引弧板与息弧板。检查设备与气体压力，设定电流电压参数，输入行走速度参数，准备工作就绪后即可进行施焊作业。现以我公司常规碳钢运油车产品为例，拼板接头焊接工艺分析见表1：

设备使用的工作环境要求，如电源、工作环境温度、湿度、作业海拔和工作场所等因素，均符合基本焊接工艺标准要求和设备要求。

1.2 焊接缺陷

在长度为8.4米碳钢罐产品实际焊接时，其中拼板自动焊总焊接长度为8.4米，板材规格为8400×1500（mm），共计五块板材，累计四条焊缝，拼板焊完成后，工艺对所有纵焊缝分别进行了外观成型检验和RT探伤检测，通过检验，主要存在以下缺陷：

（1）焊缝正面余高不一致，余高偏高（≥4mm），焊缝背面成型不良（如图4）；

（2）RT探伤结果显示气孔缺陷居多（如图5）。

2 焊缝余高过高原因分析

焊接余高过高，主要原因与焊接工艺参数、板材拼接间隙及焊接速度的快慢有关。焊缝的余高愈大，应力集中程度愈严重，焊接接头的强度反而会降低，同时，余高过高，会增加内部缺陷的产生，且缺陷很可能会产生疲劳裂纹，降低产品使用年限。经排查所有焊缝，大部分焊缝余高均在可控范围内，仅局部区域焊缝余高存在过高现象，且余高过高部位的焊缝背部，均存在成型不良现象，由于间隙过小，焊接熔池铁水无法全部流至背部成型槽而导致。因此，外购板材的拼板边缘直线度不合格，是产生此缺陷的主要原因。我公司目前外购的板材均符合GB-709[2]，其中关于边缘直线度误差范围，国家标准要求15mm，实物符合国标，但无法满足拼板自动焊要求。

3 焊接气孔原因分析

一般焊接气孔主要有H2孔、CO气孔或N2孔，各种气孔产生原因不同，实际气孔缺陷也并不是单一的，也可能是共同出现的。气孔产生的主要原因较多，主要保护气体纯度不纯、焊接区域油污未清理、气体保护效果不良等等。现有气孔缺陷均在焊缝内部、为非贯穿性气孔。因成因复杂，与气体、设备稳定性、原材料和工艺前处理等因素较多，因此需要专项排查。

3.1 焊接材料分析

MAG焊采用ER50-6焊丝，焊前无需烘干，经检查，焊丝包装完好，焊丝表面无水迹、油污和锈蚀，且对焊机送丝机构进行检验，并无水迹或油污污染。对焊丝进行了化学成分复验，表2为实心焊丝ER50-6的化学成分复验结果，结果显示焊丝化学成分符合要求。

3.2 原材料及衬垫分析

对原材料进行了排查，以排除是否为板材表面前处理不合格，而导致表面有水渍、铁锈及油污等杂质，经排查，所有板材在焊接前，均打磨了母材边缘20mm以内及边缘断面的氧化層，并在焊接前用丙酮进行了擦拭。

衬垫为纯铜衬垫，用上述相同的方法对衬垫进行了检查，并在实际焊接进行前，衬垫均有清洁处理。

因此，通过分析，Q235原材料、焊材及衬垫在焊前均做了正确的处理，并根据低碳钢中的焊接气孔缺陷主要以CO和N2居多[3]，因此首先排除H2孔的可能性。

3.3 保护气体分析

保护气体为氩保气（80%Ar+20%CO2），经过多个厂家不同批次，经检验合格的保护气体的试板焊接检测发现，保护气体纯度符合要求。并检查了设备供气管路，管路通畅无漏气现象，因此保护气体与设备供气管路不是产生气孔的主要原因。

3.4 焊接完工件分析

通过对焊接完成的焊缝进行RT扩探检测后，发现出现气孔的位置存在一定的不连续性，存在一定的间隔，间隔大约在5m左右。同时，发现实际焊接过程存在一定的焊接飞溅，而且通过排查焊枪喷嘴，喷嘴内侧管壁存在焊接飞溅物粘连，且部分飞溅物堆积较多，因此影响了焊接的气体保护作用。

同时，通过对焊丝化学成分的检测发现，焊丝中的Si和Mn元素含量较多，此两种元素为脱氧元素，并限制了C含量，可以有效的防止CO的产生，所以，气孔的主要成分应是以N2居多。焊缝中大量N2气孔的主要原因是由于焊接区域气体保护不良所产生的，如：气流量小、焊嘴堵塞等原因[3]。

综上初步排查分析后，得出焊缝区域气体保护不良是导致焊缝产生气孔的主要原因。

4 工艺改善

4.1 余高过高工艺调整

通过上述分析，外购板材边缘直线度差，是产生余高过高且背部成型不良的主要原因。为了减少单车制造成本，在小批量订单生产中，通过对外购的国标板材进行修边处理，通过剪板机减去边缘不平齐部分，保证母材边缘直线度公差≤2mm。大批量订单，公司直接采购定尺料，板材宽度边缘直线度公差良好，能够确保焊接质量，也能保证生产效率与成本的控制。

4.2 焊接气孔缺陷工艺优化

根据上述分析，焊接过程中持续产生的飞溅物堵塞焊嘴，导致焊缝侵入空气产生气孔。飞溅的产生原因主要与焊接工艺参数、焊丝干伸及保护气体有关系，其中，焊丝干伸通过调整，由以前18mm更改至16mm，焊接飞溅有所减少。同时，工艺人员对焊接工艺参数进行了调整，并在焊接试板进行了验证，焊接工艺参数见表3（仅体现主要参数）。

通过大量试验发现，适当减小焊接速度时，飞溅明显偏少，但焊接速度的减少，影响了单车拼板自动焊的工艺节拍。因此，工艺人员对保护气体进行了调整，调整为98%氩气与2%氧气的混合气体，因为氩氧气能细化熔滴尺寸，熔滴过度稳定性好，飞溅少[4]。按照保证焊接速度的前提下，通过焊接验证，实际焊接无飞溅产生，熔滴过渡稳定，焊缝成型较好。并且氩氧气（98%Ar+2%O2）与氩保气（80%Ar+20% CO2）采购成本相同，因此，工艺调整为氩氧气（98%Ar+2%O2）。

通过上述两项工艺优化后，实际焊接过程进行了RT探伤检测，焊缝符合I级以上标准，缺陷得到了控制。

5 结论

（1）母材边缘直线度差，是导致局部余高过高且背部成型不良的主要原因。

（2）对焊材、母材进行分析，结果显示焊材化学成分符合要求，不是产生焊缝气孔的原因。

（3）根据气孔缺陷产生的规律分析，飞溅堵塞焊嘴是主要原因。通过对保护气体及焊接工艺参数的优化验证，最终达到了无飞溅，焊缝RT合格的要求。

参考文献

[1] GB 18564.1金属常压罐体技术要求[S].2006.

[2] GB 709 热轧钢板和钢带的尺寸，外形，重量及允许偏差[S].2006.

[3] 杨春利等.电弧焊基础[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2003.

[4] 陈祝年.焊接工程师手册-2版[M].北京：机械工业出版社，2009.