雙絲氣保焊技術在鐵路貨車制造中的應用

張興松

(武漢局集團公司武漢車輛監造項目部 湖北 武漢 430212)

NX70型平車中梁上、下蓋板與中梁的長直焊縫，焊縫總長為32.4 m，焊腳尺寸8 mm，為了控制焊接變形，雙邊對稱同時焊，平角位置焊接。傳統自動氣保焊工藝為單絲焊，采用2臺單絲焊無法在節拍30 min內完成焊接，需要安裝4臺單絲焊機械手[1]。雙絲MIG焊具有焊接速度快、熔敷效率高、熔深大、焊接質量好等優點，可減少機械手的數量，滿足產線生產節拍的要求。為此，研究采用雙絲氣體保護焊技術替代傳統的單絲氣體保護焊技術，可顯著提高焊接效率。

1 雙絲氣體保護焊簡介

1.1 雙絲MIG焊接概念

雙絲焊為單面雙弧焊接，即同時使用2根焊絲在較高的焊接速度、相同的氣氛下熔化到同一個熔池中，完成一條焊縫的焊接方法，焊槍中雙絲分為前絲和后絲，前、后絲同時引弧，協同工作，分別受2個獨立的焊接回路控制，同一熔池中2個電弧互不干擾，如圖1所示。

圖1 雙絲MIG示意圖

1.2 雙絲MIG焊接原理

當前絲一個周期時間后由峰值狀態轉為基值狀態時，會向從機發出一個觸發信號，使從絲電弧從基值狀態轉為峰值狀態。經過一個周期后，從機又由峰值狀態轉為基值狀態，此時從機又向主機發出一個觸發信號，使主絲電弧從基值狀態轉為峰值狀態，這樣周而復始。確保每個電弧穩定地燃燒，而不互相干擾。

焊接示意圖如圖2所示。

圖2 雙絲MIG焊接示意圖

1.3 雙絲MIG焊接主要工藝優點

(1)焊接速度快，填充量大，熔敷效率高。前絲用于形成安全熔深，后絲快速填充，調節熔寬和焊縫，靈活調節、搭配。

(2)熱輸入小，減小材料變形。

(3)間隙橋接性好，有效地平衡材料公差。

(4)焊接過程自動化，與機械手集成系統智能化焊接。

2 雙絲MIG焊接工藝及試驗

2.1 低合金鋼典型厚度雙絲MIG焊接試件接頭形式

采用t8 mmQ450NQR1鋼板，直徑1.2 mm的焊絲TH550NQ-Ⅱ，80%Ar+20%CO2保護氣體，采用CMT Twin雙絲自動焊進行焊接，通過對焊縫的表面質量、宏觀、微觀、硬度進行測試，分析雙絲氣保焊工藝用于角縫焊接的工藝性和焊接質量。

2.2 雙絲MIG焊接試驗工藝方法和工藝參數

采用雙絲MIG焊接機械人系統，采用雙絲MIG焊接技術施焊。焊接工藝參數如表1所示。

表1 雙絲MIG焊接試驗工藝參數

2.3 雙絲MIG焊接試驗試件檢驗內容

對低合金鋼角接采用雙絲MIG焊縫進行表面無損檢測，試件按NB/T 47013.4進行100%磁粉檢測(MT)，合格級別Ⅰ級，檢測結果合格。

對低合金鋼角接采用雙絲MIG焊縫取樣進行金相分析，按GB/T 226、GB/T 13298進行金相檢驗，宏觀金相如圖3、圖4所示，微觀金相如圖5所示。按GB/T 2654進行硬度檢驗，檢測方法示意如圖6所示。

圖3 2019-24宏觀金相

圖4 2019-25宏觀金相

圖5 微觀金相

圖6 硬度檢測示意圖

3 試驗結果

3.1 低合金鋼雙絲MIG角焊的焊接工藝性能和焊接質量

完成雙絲MIG焊接的焊件表面如圖7所示。可以看出，上述規格低合金鋼板角接焊縫可以實現雙絲MIG焊接機械人系統焊接，焊接接頭光滑美觀，無超標的焊接缺陷。

圖7 雙絲MIG焊縫

低合金鋼角接采用雙絲MIG焊接機械人系統單道焊接完成，焊接速度600～800 mm/min時，焊腳尺寸K值達到8 mm。

3.2 低合金鋼雙絲MIG角焊的接頭宏觀金相

宏觀金相結果，經肉眼觀察無裂紋、無氣孔、無夾渣、無未熔合和未焊透等缺陷。

焊縫根部熔合良好，熔深約2～4 mm。

3.3 低合金鋼雙絲MIG角焊的接頭微觀金相組織

從顯微組織可以看出，焊縫區組織先共析粗大鐵素體沿柱狀分布，晶內存在貝氏體、珠光體、魏氏體組織，未發現明顯的焊接缺陷和脆性相，具體結果如表2所示。

3.4 低合金鋼雙絲MIG角焊的接頭硬度

雙絲MIG焊接的角接焊縫硬度如圖8所示，焊縫區、熱影響區硬度值HV10最大值269，符合標準要求。

表2 金相組織試驗結果

圖8 焊接接頭硬度

4 結果分析

綜上所述，采用雙絲MIG焊接機械人系統完成焊接的低合金鋼角接焊件，能達到以下目標：

(1)角焊縫采用常用的Q450NQR1鋼板，直徑1.2 mm的實芯焊絲TH550NQ-Ⅱ，80%Ar+20%CO2富氬混合保護氣體焊接，表面磁粉檢測合格，截面宏觀金相和硬度未發現異常，符合GB/T 19869.1標準對焊接工藝評定合格的要求。

(2)雙絲單道焊，2F位置焊接，焊角尺寸K值達到8 mm以上仍成形良好，同時焊接速度達到600～800 mm/min，采用2臺套雙絲焊接系統同時焊接時，焊縫總長32.4 m，焊接時間20～27 min，滿足中梁翻焊三工位NX70型平車中梁上、下蓋板與中梁的長直焊縫工序焊接節拍30 min的要求。可以替代4臺傳統自動氣保焊工藝單絲機械手焊接系統，提高了焊接速度和效率。

(3)低合金鋼板角接采用雙絲MIG焊接技術和雙絲MIG焊接機械人系統進行焊接，主弧與從弧可進行靈活調節控制，雙電弧之間無干擾，焊接同時起弧或分開起弧，電弧穩定，焊接過程安全可靠。

綜上分析，采用如圖9所示雙絲氣體保護焊系統，可以滿足NX70型平車中梁上、下蓋板與中梁的長直焊縫的焊接質量和產線節拍等技術要求。

圖9 NX70型平車中梁蓋板雙絲焊接系統示意圖

5 結論

通過試驗證明，低合金鋼角接采用雙絲MIG焊接機械人系統完成焊接的焊件，表面磁粉檢測合格，截面宏觀金相、微觀金相和硬度未發現異常。低合金鋼板角接采用雙絲MIG焊接技術和雙絲MIG焊接機械人系統進行焊接，焊接接頭性能均合格，該技術應用可行，可以在NX70型平車中梁上、下蓋板與中梁的長直焊縫生產制造中應用，也可在鐵路貨車其他類似焊接接頭上推廣。

采用雙絲MIG焊接技術和雙絲MIG焊接機械人系統進行低合金鋼板角接焊接，自動化程度高、生產效率高、成品質量高并穩定，生產過程安全可靠。