某型動(dòng)車組焊接工作試件常見問題及解決方案分析

何俊喜 楊婧婧

摘要：耐候鋼因其優(yōu)異的綜合性能，常被用于生產(chǎn)動(dòng)車組轉(zhuǎn)向架構(gòu)架，而多層多道焊接在構(gòu)架焊接中是必不可少的，其焊接質(zhì)量的好壞直接影響構(gòu)架的可靠性。本文針對某型動(dòng)車組焊接工作試件焊接過程中一系列的常見缺陷進(jìn)行深入分析，從而找出缺陷產(chǎn)生的原因并提出解決方案，優(yōu)化焊接工藝并用以指導(dǎo)現(xiàn)場實(shí)際生產(chǎn)，為公司動(dòng)車組轉(zhuǎn)向架構(gòu)架焊接質(zhì)量的提升提供理論依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：缺陷;理化;金相;組織

1前言

焊接接頭的不完整性稱為焊接缺欠，主要有焊接裂紋、氣孔、固體夾渣、未熔合、未焊透等幾大類。這些缺欠減少焊縫截面積，降低承載能力，產(chǎn)生應(yīng)力集中，引起裂紋，降低部件疲勞強(qiáng)度，容易引起焊接件破裂導(dǎo)致斷裂，其中危害最大的就是焊接裂紋和未熔合。

轉(zhuǎn)向架構(gòu)架由一系列板材件組裝焊接而成。作為高速動(dòng)車組的核心部件，它承受車輛大部分的動(dòng)載荷，而焊接技術(shù)是確保該部件安全運(yùn)行的核心技術(shù)之一，焊接質(zhì)量的好壞直接影響著列車的安全性、可靠性和運(yùn)行壽命。

某型動(dòng)車組構(gòu)架焊接生產(chǎn)前，須針對重要的焊接接頭進(jìn)行焊接工作試件的制作，并按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對試件進(jìn)行理化檢測，通過理化結(jié)果分析缺陷產(chǎn)生的原因及機(jī)理，從而制定糾正預(yù)防措施，用以優(yōu)化焊接工藝，指導(dǎo)正式構(gòu)架焊接生產(chǎn)。

2工作試件材料與要求

2.1母材

板材用S355J2W耐候鋼標(biāo)準(zhǔn)試板，產(chǎn)品成分及規(guī)定極限值的允許偏差執(zhí)行EN10025-5標(biāo)準(zhǔn)，鋼板化學(xué)成分見表1，機(jī)械性能見表2。

2.2焊材

焊絲用國產(chǎn)上海大西洋焊接材料有限責(zé)任公司生產(chǎn)的CHW-55CNH型鐵道車輛用高強(qiáng)度耐大氣腐蝕鋼用鍍銅氣體保護(hù)焊絲，焊絲的化學(xué)成分及力學(xué)性能見表3和表4。

2.3工作試件形式、焊接參數(shù)及基本要求

工作試件采用手工MAG焊接，保護(hù)氣體為80%Ar+20%CO2。焊前將焊縫及其周圍20mm范圍內(nèi)打磨露出金屬光澤。焊接過程中做好層間打磨清理，適當(dāng)噴涂防飛濺液，控制層間溫度小于180℃，層與層之間錯(cuò)開10mm-15mm以便于處理引弧、熄弧缺陷。焊接完成后進(jìn)行打磨清渣處理，工作試件1、2分別如圖1、2所示。

工作試件1、2焊接工藝參數(shù)如表5、表6所示。

在工作試件焊接中，由于耐候鋼焊絲鐵水流動(dòng)性差，參數(shù)選擇不合理以及操作水平不高等原因，產(chǎn)生各種缺陷問題，導(dǎo)致力學(xué)性能下降，焊縫不美觀，板件變形大等問題的出現(xiàn)，導(dǎo)致工作試件不合格。

3 主要焊接缺陷分析

焊接過程中常見的焊縫缺陷有焊縫咬邊、氣孔、夾渣、未填滿、未熔合、焊縫直線度差、焊縫成型不良、焊縫對稱度差等缺陷，其中以氣孔、未焊透為主要焊縫缺陷。

3.1氣孔

3.1.1 氣孔：是指焊接時(shí)，熔池中的氣體未在金屬凝固前逸出，殘存于焊縫之中所形成的空穴。其氣體可能是熔池從外界吸收的，也可能是焊接冶金過程中反應(yīng)生成的。氣孔樣式如圖3所示。

3.1.2 形成氣孔的主要因素

（1） 材料因素，主要包括：氣體純度低，含有過多的雜質(zhì)或水分;焊絲生銹或表面不干凈;焊絲成分不符合要求等。

（2） 設(shè)備因素，主要是設(shè)備的供氣系統(tǒng)出現(xiàn)故障：一類是機(jī)械故障如管路漏氣或堵塞、噴嘴飛濺過多;另一類是焊機(jī)的控制系統(tǒng)故障，造成未提前送氣，滯后停氣或時(shí)送時(shí)斷等情況而形成氣孔。

（3） 工藝因素，主要包括：工作試件焊接部位清理不徹底，表面油污、銹蝕、漆等物質(zhì)未能清理干凈;噴嘴到熔池的距離太 遠(yuǎn)，未能有效保護(hù)熔池;氣體流量過大或過小;電弧電壓過高，電弧過長，使熔滴在軸向的壓力增大而偏離熔池中心過渡，保護(hù)效果變差而形成氣孔;焊接速度過快，焊后焊槍離開過快，空氣進(jìn)入未完成結(jié)晶的熔池形成氣孔。

（4） 環(huán)境因素，影響氣孔形成的環(huán)境因素主要是風(fēng)速和濕度，風(fēng)速超過允許值會吹走保護(hù)氣體，使空氣進(jìn)入熔池中形成氣孔;濕度超過允許值則會使熔池中水分含量增加而產(chǎn)生氣孔。

（5） 操作因素，焊槍角度太大，氣體吹離了保護(hù)區(qū)域;終焊端收弧處未作停留，空氣進(jìn)入熔池。

3.1.3 氣孔缺陷的控制措施

3.1材料控制：選用合格的氣體;選用符合成分要求的焊絲。

3.2設(shè)備控制：保障設(shè)備的供氣系統(tǒng)和供氣控制系統(tǒng)處于正常狀態(tài)。

（3） 工藝控制：工作試件焊接部位進(jìn)行徹底清理;通 過試焊確定最佳工藝參數(shù)，主要包括：焊接電流、電弧電壓、焊接速度、焊絲伸出長度、氣體流量和焊接極性，使各參數(shù)達(dá)到最佳匹配。

（4） 環(huán)境控制：對焊接現(xiàn)場的風(fēng)速和濕度進(jìn)行控制，符合焊接要求才進(jìn)行施焊。

3.1.4 操作優(yōu)化措施

一、焊前做好清除焊絲，工作坡口及其附近表面的油污、鐵銹、水分和雜物，必要時(shí)采用丙酮清理待焊區(qū)域，待全部揮發(fā)后再施焊;

二、防飛濺液的使用要適度適量，避開待焊區(qū)域20mm以內(nèi);

三、控制運(yùn)條手法，采用“回蕩式”來回運(yùn)作焊槍，減緩熔敷金屬冷卻速度，盡量確保氣體在熔敷金屬凝固前快速逸出，避免氣泡凝固在金屬內(nèi)部;

四、采用直流反接并用短電弧施焊;

五、焊前對待焊區(qū)域預(yù)熱，避免空氣濕度大導(dǎo)致待焊區(qū)域水汽停留，并減緩冷卻速度;

六、氣體流量18-22L/min的范圍，手動(dòng)調(diào)整至20-22L/min，加大保護(hù)氣的保護(hù)作用。

通過采用以上措施，有效杜絕了焊縫密集型氣孔缺陷的質(zhì)量問題，優(yōu)化前后工作試件的焊縫成型如圖4所示。

3.2 未焊透

未焊透是指母材金屬未熔化，焊縫金屬?zèng)]有溶入母材根部，背面未熔透的現(xiàn)象。如圖5所示。

3.2.1 產(chǎn)生焊縫未焊透原因

（1）焊接電流小，熔深淺;

（2）焊接速度過快;

（3）坡口和間隙尺寸不合理，鈍邊太大;

（4）產(chǎn)生了弧偏吹現(xiàn)象;

（5）焊接處于下坡焊位置，根部母材未熔化時(shí)已被鐵水復(fù)蓋;

（6）母材根部有污物或氧化物影響熔敷金屬與母材間的熔化結(jié)合等。

3.2.2 優(yōu)化措施

（1）焊前用砂輪片仔細(xì)清根去除根部雜質(zhì)、銹跡、周邊油污及雜質(zhì);

（2）打底前，調(diào)整焊絲干伸長為15～20mm，焊接時(shí)，控制焊接速度為30～60cm/min，焊速適當(dāng)走下限，采用短弧焊的方式進(jìn)行焊接;

（3）控制焊接電流為240-250A，電壓為28-30V范圍，盡量控制在上限區(qū)域施焊，采用“打圈圈”運(yùn)條手法進(jìn)行熔化焊，壓道之間需壓覆良好，層與層之間徹底清理焊渣及氧化皮，優(yōu)化前后焊縫側(cè)面對比如圖6所示。

4、結(jié)論

通過對動(dòng)車組焊接工作試件焊接過程中一系列的常見缺陷進(jìn)行深入分析，找出解決方案，優(yōu)化焊接工藝，提高了焊接工作試件合格率，并用以指導(dǎo)現(xiàn)場實(shí)際生產(chǎn)提高了產(chǎn)品質(zhì)量，為公司動(dòng)車組轉(zhuǎn)向架焊接工藝提供理論依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。