MIG釬焊在低地板車輛中的應用

2015-04-23 05:31:16張洪逵張汐汐

金屬加工(熱加工) 2015年24期

張洪逵張汐汐

1. 概述

低地板地鐵車輛車頂與傳統碳鋼鐵路車輛車頂的制造工藝不同，主要采用電阻點焊工藝進行焊接。車頂在進行密封焊接時，考慮焊接變形、殘余應力和母材的性能變化等因素，選用MIG釬焊焊接工藝。本文重點通過不銹鋼與碳鋼的MIG釬焊試驗，研究MIG釬焊工藝在低地板車輛焊接中的應用。

2. 低地板車輛車頂介紹

低地板車輛與傳統的地鐵車輛不同，主要由單個或者多個帶受電弓車輛模塊、帶空調車輛模塊和普通車輛模塊組成。因此，低地板車輛車頂有帶空調平頂的車頂、帶受電弓的車頂以及普通車頂3種模塊，車頂由波紋板、車頂邊梁、橫梁和HVAC平頂經電阻點焊和MIG釬焊組成。波紋板由不銹鋼薄板壓型后經激光拼焊而成；車頂邊梁、橫梁采用不銹鋼板激光下料后折彎成形；HVAC 平頂由不銹鋼板經激光拼焊后與HVAC 框架電阻點焊，然后再硬釬焊密封成形。車頂的骨架焊接機波紋板拼接采用電阻點焊工藝，波紋板與邊梁、波紋板與平頂板、C型槽與邊梁密封焊采用MIG釬焊焊接工藝。圖1為普通平頂模塊，圖2為帶空調平頂的車頂模塊。

3. MIG釬焊工藝特點

MIG釬焊的焊接接頭表面光潔，氣密性好，形狀和尺寸穩定，焊件的組織和性能變化不大，可連接相同的或不相同的金屬及部分非金屬。釬焊時母材熔點大，釬料熔點小，釬料熔化但焊件母材不熔化，焊縫周圍整體大面積均勻的升溫，因此，釬焊的變形和殘余應力都比熔焊小。釬焊的反應只在母材表面發生，一般不會涉及到母材更深的結構，有利于異種鋼的焊接。釬焊接頭的強度較低，多采用搭接接頭，通過增加搭接長度來提高接頭強度。

4. MIG釬焊異種鋼試驗

MIG釬焊用熔化極惰性氣體保護焊的焊接工藝方法，選用低熔點銅基焊絲做釬料對板材進行焊接，研究MIG釬焊工藝在低地板車輛焊接中的應用。

（1）焊前準備第一，母材選擇：本次MIG釬焊焊接異種鋼試驗的母材為碳鋼Q355和不銹鋼X2CrNi12，碳鋼和不銹鋼熔點均大于1200℃。碳鋼Q355是在普通低碳鋼中添加少量Cu、Ni、Mn等元素而成，具有優質鋼的強韌、耐蝕、高溫、疲勞等性能，耐候性為普通碳鋼的2~8倍。不銹鋼X2CrNi12含有Cr、Ni、Cu、Si等合金元素，具有低的熱導率，高電阻率，高線膨脹系數，焊接時易產生拉應力。不銹鋼中含有Cr元素，易形成致密的薄膜保護，阻止介質對金屬基體的繼續腐蝕，但是，Cr元素同時會形成碳化鉻（Cr23C6），在敏化溫度區450~850℃長時間停留，促使Cr23C6在晶界析出，降低耐蝕性，容易形成晶間腐蝕。本次試驗選用母材厚度如表1所示。

圖1 普通平頂模塊

圖2 帶空調平頂的車頂模塊

第二，填充金屬規格和型號：試驗采用鋁青銅焊絲（COPPERFIL CuAL8），φ1.0mm，如圖3所示。焊絲熔點為1046℃，在直流反接熔化極電源下，清除鋁的表面氧化膜。

第三，保護氣體的選擇：選用純氬氣體保護。惰性氣體保護焊中選用純氬氣體可以使電弧燃燒穩定，飛濺極小，電弧電壓和能量密度較低，適用于焊接薄板金屬，純氬氣保護后的焊縫顏色也很漂亮。

第四，裝配間隙和焊前表面處理：由于釬焊是靠毛細作用使金屬填滿焊縫間隙，所以焊接前一定要進行足夠的表面清理與打磨，否則會產生釬料凝成球狀很難鋪展到母材表面。焊接時一定要保證裝配間隙，因為裝配間隙的大小直接影響焊縫的強度和致密性。

第五，焊接電壓、電流：此次試驗使用的是EWM焊機，由于該焊機具有‘一元化功能’，當選定焊接電流后，焊機會自動匹配出電弧電壓，只需要在匹配的電壓基礎上進行電弧長短與軟硬的調節便可進行焊接試驗。本次試驗的焊接參數如表2所示。

第六，接頭準備：搭接焊縫的接頭設計如圖4所示，角接焊縫的接頭形式如圖5所示。

（2）焊接過程第一，搭接：按照試驗前準備對異種鋼進行搭接焊接，操作者在焊接過程中要盡量壓低電弧，調節好電弧的長短與軟硬程度，采用快速度小擺幅的焊接方法進行焊接，從而達到快速填滿焊縫，焊縫質量達標及焊接變形量小的要求，焊縫如圖6所示。

第二，角接：按照試驗前準備對異種鋼進行PB 平角焊，操作者在焊接過程中要盡量壓低電弧，調節好電弧的長短與軟硬程度，采用快速度小擺幅的焊接方法進行焊接，從而達到快速填滿焊縫，焊縫質量達標及焊接變形量小的要求，焊縫如圖7所示。（3）試驗結果對兩條焊縫分別進行檢測，觀察MIG釬焊對異種鋼焊接時的特點。第一，外觀檢測：對兩條焊縫進行外觀檢測，焊縫外觀成形良好。第二，表面滲透檢測：對兩條焊縫分別進行PT探傷，發現焊縫表面沒有未熔合、裂紋、氣孔等缺陷，說明MIG釬焊焊接工藝在焊接碳鋼和不銹鋼時，選擇合理的焊接參數可以到的焊縫外觀合格的焊縫。