淺談低地板地鐵車(chē)輛結(jié)構(gòu)中關(guān)于HV50°坡口T型接頭的焊接

孫宏宇

摘 要：隨著不銹鋼城市軌道交通的快速發(fā)展，車(chē)體鋼結(jié)構(gòu)形式也發(fā)生了很大變化。在沈陽(yáng)渾南、武漢東湖低地板不銹鋼車(chē)體中有部分結(jié)構(gòu)采用了無(wú)鈍邊、無(wú)間隙的T型接頭全熔透焊縫。本文根據(jù)不銹鋼脈沖焊接的特點(diǎn)，系統(tǒng)地對(duì)HV50°坡口T型接頭焊接過(guò)程中基于原接頭形式的焊接工藝改善及操作方法做以闡述。

關(guān)鍵詞： HV50°坡口 T型接頭 脈沖MAG焊

引言：

不銹鋼材料以其耐腐蝕能力強(qiáng)，強(qiáng)度高，使用壽命長(zhǎng)在我國(guó)鐵路軌道車(chē)輛生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，2002年，中車(chē)長(zhǎng)春軌道客車(chē)股份有限公司率先建成了國(guó)內(nèi)第一條不銹鋼車(chē)體自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)，并且不斷地結(jié)合國(guó)際先進(jìn)技術(shù)，自主開(kāi)發(fā)了100%低地板不銹鋼城市軌道交通電動(dòng)車(chē)組，與傳統(tǒng)的城市軌道交通客車(chē)相比，100%低地板城市軌道交通客車(chē)無(wú)需設(shè)置專(zhuān)用站臺(tái)，極大地方便了乘客上下通行；無(wú)需建設(shè)封閉線(xiàn)路，軌道可直接鋪設(shè)在路面上，轉(zhuǎn)彎半徑小，可在城區(qū)狹小地帶穿越，易于城市規(guī)劃，工程造價(jià)僅為地鐵的1/5；環(huán)保性更好，噪音低。100%低地板車(chē)體鋼結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)城市軌道交通客車(chē)車(chē)體鋼結(jié)構(gòu)有了很大的不同，按照歐洲設(shè)計(jì)要求，車(chē)體鋼結(jié)構(gòu)部分部件采用開(kāi)單面HV50°坡口，全熔透的焊接工藝，它的優(yōu)點(diǎn)在于此種接頭形式能增加焊縫的有效工作面積，能承受車(chē)輛運(yùn)行過(guò)程不斷變化的沖擊載荷，延長(zhǎng)鋼結(jié)構(gòu)的全使用壽命周期，但在實(shí)際生產(chǎn)中，此種特殊焊接接頭形式易出現(xiàn)焊縫根部未熔合和側(cè)壁未熔合，相比傳統(tǒng)的T型接頭，此種特殊接頭易出現(xiàn)焊縫根部未熔合和側(cè)壁未熔合等焊接缺陷，產(chǎn)生缺陷的焊縫將對(duì)車(chē)體鋼結(jié)構(gòu)整體強(qiáng)度產(chǎn)生不利影響，焊接工藝與操作方法成為制約生產(chǎn)的難點(diǎn)，難于操作，采取什么樣的焊接工藝和操作方法成為制約生產(chǎn)的難點(diǎn)。

1產(chǎn)生不熔合焊接缺陷的原因分析

1.1運(yùn)槍方法不當(dāng)

通過(guò)對(duì)理化檢驗(yàn)結(jié)果的研究與分析，運(yùn)槍方法不當(dāng)是產(chǎn)生未熔合的原因之一，在生產(chǎn)中操作者打底焊時(shí)為減少后續(xù)蓋面焊的填充量，習(xí)慣采用往復(fù)運(yùn)槍?zhuān)L(zhǎng)焊絲干伸長(zhǎng)度，增加打底焊縫高度，這樣易造成熔池體積增加，加熱面積過(guò)大，熱量分散，造成焊縫根部熔深變淺，蓋面焊時(shí)習(xí)慣采用傳統(tǒng)的鋸齒形運(yùn)槍法，但此種運(yùn)槍方法鋸齒與鋸齒之間有一定間距，造成了側(cè)壁未熔合的現(xiàn)象產(chǎn)生。

1.2焊接參數(shù)不正確

焊接參數(shù)不正確，焊接電流大多在220A-230A之間，焊接電流過(guò)小，熔深變淺，根部容易產(chǎn)生未熔合，焊接電壓多在20-22V之間，焊接電壓偏大，焊道寬而平坦，容易產(chǎn)生未熔合。

1.3熔滴過(guò)渡形式選擇不恰當(dāng)

在熔滴過(guò)渡形式中多采用短弧過(guò)渡形式，短弧過(guò)渡熔滴熔深較小，在焊接規(guī)范采用相對(duì)較小的情況下容易根部未熔合、側(cè)壁未熔合的情況。

2基于原接頭形式的焊接工藝改善

2.1采用脈沖焊接

經(jīng)過(guò)測(cè)量料件坡口角度為50°，坡口鈍邊為0mm，在坡口往上1.5mm處鈍邊厚度為0mm、0.2mm、0.3 mm、如圖

在焊接操作上，8mm厚板材焊接需要2層2道完成，由于此種無(wú)鈍邊坡口處板厚較薄，如果采取第一層打底焊單面焊雙面成型熔透技術(shù)，這樣就可以避免根部不熔合現(xiàn)象的產(chǎn)生，全熔透焊接的關(guān)鍵是打底焊，而要實(shí)現(xiàn)背透成型1.5-2mm焊絲必須在打底時(shí)將立板坡口根部熔透。由于脈沖焊接對(duì)熔池具有強(qiáng)烈的攪拌作用，可以有效地克服打底焊時(shí)產(chǎn)生的根部未熔合現(xiàn)象，因此焊接時(shí)采取脈沖焊接。

2.2脈沖焊接的優(yōu)點(diǎn)

脈沖焊接時(shí)，電磁收縮力影響增大，此收縮力使焊絲液態(tài)端部收縮，提高了收縮位置的電流密度，增加了收縮力，最終使熔滴過(guò)渡，收縮效應(yīng)以電流強(qiáng)度平方的形式增大，實(shí)現(xiàn)一個(gè)脈沖過(guò)渡一個(gè)熔滴，其熔化效率提高約25%，增加焊縫熔合程度，有效減少焊逢未熔合缺陷的產(chǎn)生。

3改善焊接參數(shù)與運(yùn)槍方法

3.1改善焊接參數(shù)

針對(duì)8mm厚的鋼板，采用脈沖焊接工藝，通過(guò)對(duì)此種HV50°坡口T型接頭焊接試件的多次焊接試驗(yàn)，對(duì)焊接電流、焊接電壓、焊接速度等工藝參數(shù)不斷進(jìn)行調(diào)整，選出焊接效果最佳的一套參數(shù)。最后，確定了HV50°坡口T型接頭脈沖焊接最佳工藝參數(shù)，第一層電流250A、電壓19V、保護(hù)氣體97.5Ar+2.5CO2；第二層電流255A、電壓20V、保護(hù)氣體97.5Ar+2.5CO2

3.2改善打底焊時(shí)運(yùn)槍方法：

打底焊接時(shí)采用直線(xiàn)運(yùn)槍焊法，這樣可以使熔池體積較小，使電弧熱能集中擊穿根部鈍邊最薄處形成背透。

3.3改善蓋面焊時(shí)運(yùn)槍方法

采用斜橢圓運(yùn)槍蓋面法，傳統(tǒng)的鋸齒形蓋面運(yùn)槍方法在蓋面時(shí)與板側(cè)壁產(chǎn)生的是點(diǎn)結(jié)合，不能夠?qū)?cè)壁進(jìn)行有效的熱輸入，所以產(chǎn)生側(cè)壁不熔合現(xiàn)象。對(duì)于此種接頭形式采用斜橢圓運(yùn)槍蓋面法，起弧后作斜橢圓運(yùn)槍?zhuān)笜屧诹鍌?cè)壁及平板作短暫停留，確保側(cè)壁及平板熔合良好。

4結(jié)論

通過(guò)我們大量實(shí)驗(yàn)，通過(guò)對(duì)焊接工藝和焊接方法的改善，針對(duì)100%低地板車(chē)輛車(chē)體鋼結(jié)構(gòu)中的HV50°坡口T型接采取采用脈沖MAG焊（97.5Ar+2.5CO2%），第一層打底焊單面焊雙面成型熔透技術(shù)工藝，運(yùn)用斜橢圓運(yùn)槍蓋面法，焊后通過(guò)嚴(yán)格的理化檢驗(yàn)金相全部合格，攻克了此種無(wú)鈍邊、無(wú)間隙的T型接頭全熔透焊縫這道難題。

參考文獻(xiàn)：

1.王洪光，焊接原理與工藝；

克萊德工藝技術(shù)規(guī)范；