斯太爾橋殼高度變化的長縱埋弧焊縫氣孔研究

楊衛(wèi)鐵，王永強，張軍峰，權建華

1.河南衛(wèi)華重型機械股份有限公司 河南新鄉(xiāng) 453400

2. 陜西漢德車橋有限公司 陜西寶雞 721000

1 序言

目前，斯太爾車橋是重型載貨汽車最常用的一種系列產品。斯太爾車橋橋殼一般包括鑄造橋殼和沖壓與焊接橋殼（以下簡稱“沖焊橋殼”）。沖焊橋殼由兩個半橋殼組成，其制造工藝是：首先采用16mm厚Q355B板材通過熱沖壓方式制成半橋殼，然后采用埋弧焊或機器人焊接長縱焊縫，將兩個半橋殼拼焊成一個整體橋殼。

相比于機器人焊接，埋弧焊因其熔覆率和焊接效率高，所以仍是目前使用最多的一種焊接方式。但由于其自動化程度較低，針對斯太爾沖焊橋殼在長度方向上高度變化的坡口，無法做到隨機調整焊接參數，故易出現蜂窩狀氣孔等焊接缺陷。為此，本文研究了埋弧焊蜂窩狀氣孔產生的原因，并提出了解決方案，對實際生產具有重要的指導意義。

2 焊接工況及焊縫要求

（1）沖焊橋殼結構及坡口形式 沖焊橋殼由2個沖壓而成的半橋殼拼焊而成，焊接坡口角度為45°，鈍邊為3~5mm。在長度方向上，從橋殼端部到橋包處坡口呈高低起伏變化，從端部圓管到中部方管有約5.5mm的變化量，從方管到橋包有約18.5mm的變化量，如圖1、圖2所示。

（2）坡口加工方式 坡口采用銑床（盤式銑刀）加工，根據銑床結構，一般可多件同時加工，加工效率高，加工面潔凈，無油漬、銹蝕，如圖3所示。

（3）焊接設備 采用數字式伊薩埋弧焊機，可根據坡口高度調整焊槍到坡口的距離，焊接時當焊槍運行至高度變化處時，系統(tǒng)自動調整焊槍高度，從而保證干伸長在工藝要求的范圍內。

（4）焊接參數 沖焊橋殼拼焊采用常規(guī)焊接參數，具體見表1。

圖1 橋殼

圖2 半橋殼工程圖

表1 沖焊橋殼拼焊焊接參數

圖3 坡口加工

3 氣孔形成位置及形狀

焊接前首先將兩個半橋殼吊至夾具內，調整好位置后起動液壓裝置進行夾緊，其次采用鋼絲刷清理坡口，保證無銹蝕、油漬等雜質，最后起動焊機進行焊接。

焊接完成后，在焊縫表面正常情況下，無法直接觀察到氣孔，需采用碳弧氣刨將焊縫刨開，才能發(fā)現氣孔，嚴重時會生長到焊縫表面。該氣孔一般為蜂窩狀，輕微時也可呈不定點單個分布，且該類型氣孔由下向上呈柱狀生長，如圖4所示。

圖4 焊縫氣孔特點

4 氣孔形成原因分析

焊接坡口由銑床加工而成，無銹蝕、油漬，顯然氣孔形成原因與坡口表面清潔度無關；因為該氣孔由下向上呈柱狀生長，說明氣孔最先在坡口根部形成[1]；同時由于橋殼沖壓和坡口銑削精度的原因，導致部分位置鈍邊完全被加工掉，所以工件夾緊后根部露出較大縫隙，經觀察鈍邊被銑削掉的部位氣孔更加密集。

由上述分析可知，由于坡口部分位置存在縫隙（見圖5），焊接時因空氣擾動在熔池底部形成紊流，最終導致氣孔在根部形成。

圖5 坡口根部縫隙

5 氣孔控制措施

通過上述對氣孔產生原因的分析，同時根據現有工況條件，從以下兩個方面改進來控制氣孔的產生。

（1）控制坡口根部間隙，消除空氣擾動根源 目前，斯太爾沖焊橋殼一般采用熱壓模具，因為常見熱壓模具材料的熱硬性普遍較差，所以導致沖壓橋殼外形精度較差，在銑削坡口時鈍邊不均勻，部分位置坡口完全被加工掉，工件夾緊時出現較大縫隙。為解決此問題，將鈍邊工藝要求更改為5~8mm，實際加工后，鈍邊尺寸為2~9mm，工件夾緊后坡口根部無縫隙。

（2）根據鈍邊尺寸變化，增大焊接電流和電弧電壓 由于鈍邊增加，需增加焊接電流和電弧電壓以保證焊縫熔深；同時增加焊接電流和電弧電壓后，電弧可以直接到達坡口根部，使熔融更加充分，可以有效地降低根部焊接缺陷的產生[2]。經驗證，通過采用上述控制措施，焊縫刨開后光滑無氣孔，如圖6所示。

圖6 無氣孔焊縫

6 結束語

本文通過對斯太爾沖焊橋殼長縱埋弧焊縫氣孔形態(tài)特征和形成原因的分析，為實際生產中類似焊接缺陷的類型及產生原因提供了一種分析思路。同時，根據氣孔的形成原因提出了控制措施，并得到生產驗證，為基于目前常規(guī)工況下類似問題的解決提供了方法。

1）斯太爾沖焊橋殼長縱焊縫埋弧焊時，若坡口根部存在縫隙，在熔池底部易形成紊流，導致氣孔在根部形成，嚴重時氣孔呈蜂窩狀，從根部一直生長至焊縫表面。

2）基于目前常規(guī)工況，可采用增加鈍邊尺寸的方式防止坡口出現縫隙，同時增大焊接電流和電弧電壓，在保證熔深的同時，電弧可到達坡口根部，使熔池底部充分熔融，可有效地降低根部焊接缺陷的產生。