有轨电车焊接构架大间隙异种钢对接焊缝探伤缺陷降低

张学军 冷庆君

摘要：本论文主要介绍了有轨电车焊接构架大间隙异种钢对接焊缝焊接工艺改善及方法固化。从现场的工艺参数、焊接操作及检测结果等方面对焊接缺陷的原因进行深入分析，并根据分析提出了相应的焊接工艺改善方法，解决了有轨电车焊接构架大间隙异种钢对接焊缝存在的大量未熔合及气孔等缺陷等问题，提高了生产效率和产品质量。

关键词：有轨电车;异种钢;工艺改善;方法固化

前言

随着现代铁路客运时速逐步提升，产品的质量要求越来越高。新型交通运输工具——低地板有轨电车由于其安全性、舒适性、载客量大等优点在国内开始逐渐推广应用。而焊接构架作为有轨电车的核心零部件，直接决定了低地板有轨电车行驶的平稳性和安全性。

焊接构架的核心部件——中间梁组成运行中承受较大的载荷，且焊缝结构非常特殊，为大间隙异种钢对接焊缝，焊接完毕进行超声波探伤，发现焊缝焊接缺陷较高，需要耗费大量作业时长进行焊修工作，导致探伤焊修成为焊接构架的瓶颈工序，因此针对此问题进行焊接工艺及操作手法改善解决问题势在必行^[1]。

1 中间梁组成焊接工艺情况

有轨电车由中间梁组成所用材料为G20Mn5N铸钢件和Q355NHC钢板件，焊接方法为MAG焊，焊丝为直径1.2mm的CHW-55CNH焊丝，保护气体采用80%的CO₂+20%的Ar混合气，焊接层间温度要求小于200℃^[2]。

焊缝结构为带垫板的双边V型坡口形式，坡口角度为20°，坡口深度20mm，组装间隙8-10mm，垫板厚度为2mm，焊缝形式如图1-1所示。打底焊选用焊接工艺参数：电流190-210A，电压23-25V;填充、盖面焊选用焊接工艺参数：电流240A-280A，电压为25V-30V;气体流量为18-22L/min^[3]。

2  焊接缺陷问题分析

对焊接构架进行探伤数据统计，平均构架焊接缺陷数为10.4笔。对缺陷位置进行判定，起弧、收弧、接头（垫板衔接处）及可达性较差位置缺陷占86%。对缺陷进行抠挖，未熔合缺陷占缺陷总数的77%，气孔缺陷占11.5%，其它为夹杂物。所以UT缺陷较高的主要原因是焊接未熔合及气孔缺陷。

焊接缺陷的产生一般情况下与焊接工艺参数不良、焊接操作适应性不佳和焊接清理不彻底等有关，这几个方面也是我们对问题进行分析的要点。

2.1 陶瓷垫板的影响

焊缝起、收弧是缺陷集中部位，目前使用陶瓷垫板作为衬垫，虽然使用陶瓷垫板有许多优点，但也存在诸多问题。首先其作为绝缘体，只能托住铁水，确保背面成型，却无法从该部位起、收弧，引出焊接缺陷。同时由于本身不导电，与母材不相熔，熔池金属极易出现熔池先行问题。其次焊缝组装间隙较大，打底焊焊道过宽在陶瓷垫板位置电弧横跨过程极易出现熔池先行和断弧情况，现有操作方式无法保证焊接质量。因此陶瓷垫板引熄弧性差的特性会造成焊接缺陷。

2.2 大间隙异种钢对接的影响

由第1章可知，焊缝接头为异种钢材，焊接过程热量输入大、应力集中、淬硬倾向大、焊接性差。且组装时先组一侧垫板，在组对其它部件过程，垫板需略低一些，以便于组装，这时由于垫板在中间位置，组对后垫板就会出现单侧间隙，如图2-1所示，在施焊过程间隙侧极易渗入熔池金属形成未熔合缺陷。同时打底焊采用单道焊焊接，封面焊采用两道焊接，焊缝组装间隙采用8-10mm，组装间隙较大导致单层焊道过宽，焊枪需要摆动幅度较大，在焊接过程电弧横跨幅度过大，不易对熔池金属控制，电弧难以在母材处停留，从而导致焊缝中部金属熔化后铸钢件侧母材金属仍处于固体状态，无法保证母材侧焊缝熔深，也会造成未熔合缺陷，如图2-2所示。

2.3 焊接可达性差的影响

在对焊接可达性分析时发现，小纵梁与小横梁U型焊缝采用自右向左焊接方式进行焊接，焊接至焊缝末端时由于转胎与焊缝间距仅100mm左右，焊枪只能采取前倾角度焊接，极易造成熔池先行问题，从而在焊缝收弧位置产生未熔合缺陷。

3 焊接工艺改善

3.1 焊前准备

1）焊前对焊缝进行预热处理，减小焊后冷却速度，改善焊缝应力状态。

2）焊缝转角位置、垫板衔接位置，将陶瓷垫进行处理，达到无间隙衔接。所有焊缝端部加同材质引、息弧板，将焊接收、起弧全部引出焊缝外，焊后打磨去除。

3.2 焊缝分布

从打底焊起进行分两道焊接，封面时采用三道焊接，减少单道焊缝宽度，焊道变窄后电弧横跨幅度减小，不会出现熔池先行及断弧问题（陶瓷垫板处），焊道变窄后操作上便于控制熔池金属状态，加大电弧在母材侧停留时间，保证了母材的熔深。

3.3 焊接方法

为解决U型焊缝自右向左焊接，焊至收尾段受夹具影响，焊枪出现前倾，极易出现熔池先行的问题，优化焊接方式：改为由左向右焊接（由焊接姿势最不舒服位置焊起），虽然焊枪角度仍然存在前倾，但由于电弧移动方向发生改变，与熔池金属流动趋势相反，熔池金属不会出现先行问题，从而消除收弧部位的未熔合缺陷。另外每层焊后使用风铲均匀、适度敲击焊缝表面，以释放内部焊接应力，减少焊接残余应力。

3.4 改善效果

改善后使用UT探伤手段检验焊缝质量，结果表明焊缝焊接质量得到明显改观和提升，基本不存在气孔、未熔合等缺陷，平均每台车的焊接缺陷由原来的10.4笔降低到了2.44笔，UT探伤一次合格率由原来的46%提升到了93%。

4 结论

有轨电车焊接构架大间隙异种钢对接焊缝焊接质量攻关从现场的工艺参数、焊接操作及检测结果等方面对焊接缺陷产生的原因进行分析，并提出了相应的焊接工艺改善方法，从工艺参数、层道分布、焊接操作等方面进行优化调整，解决了有轨电车焊接构架大间隙异种钢对接焊缝存在的大量未熔合及气孔等缺陷问题，提高了生产效率和产品质量。

参考文献

[1]孙竟容.实用焊工手册[M].北京：化学工业出版社，2007.

[2]俞尚知.《焊接工艺人员手册》[M].上海：上海科学技术出版社，1991.

[3]陈强.《焊接手册》[M].北京：机械工业出版社，2008.

（作者单位：中車青岛四方机车车辆股份有限公司）