异型地铁焊接构架U形焊缝焊接质量提升

尹加干

摘 要：本论文主要介绍了异型地铁U形焊缝焊接质量提升的工艺优化方法。

从现场的焊缝结构、焊接方法等方面对焊接缺陷的原因进行深入分析，并根据分析提出了相应的改善方法，有效解决了异型地铁U形焊缝存在的未熔合、夹渣缺陷焊接缺陷等问题，极大提高了生产效率和产品质量。

关键词：U形焊缝；缺陷；焊接

0 引言

随着现代铁路客运时速逐步提升，产品的质量要求越来越高。随着国内地铁开通量不断增多，为适应不同的运营线路、城市需求、业务需求，产品谱系呈多样化发展功能性结构层出不穷，新型交通运输工具低地板有轨电车焊接构架的核心部件——中间梁组成运行中承受较大的载荷，且焊缝结构特殊，外侧梁、小纵梁、及构架组装焊接多为插入式结构，焊缝结构较为特殊（其中M1构架存在异种钢对接焊缝情况），同时各单件需焊接焊接垫板后进行组装焊接。此类焊缝形式在实际生产中并非常见结构，依据经验少。本文就有轨电车焊接构架制造过程中出现的“未熔合”及“夹渣”缺陷焊接缺陷等问题，深入开展研究，以提升焊缝焊接质量，确保机车车辆的运行品质、动力性能和行车安全。

1工艺现状

该焊缝由外侧梁的立板与中间梁的小纵梁两部件形成，其中小纵梁为铸钢件（Z20Mn5N）；立板材质为Q355NHC，板厚12mm，钝边1-2mm，坡口角度为50°。两者形成对接焊缝，根部带有衬垫，余变为3-4mm，焊宽为14mm左右。焊丝使用CHW-55CNH，打底焊焊接电流190-210A，电压为23-25V；填充、封面焊焊接电流为240-280A，电压为23-25V；气体流量均为18-22L/min。焊缝层道分布为3层3道焊。

 

图1焊缝结构　　　                  图2实物状态

2焊接缺陷问题分析

有轨电车构架外侧梁与小纵梁连接处为U型插入式结构，且由于两侧母材为异种金属，焊缝局部受焊接夹具影响可达性较差，焊缝内部焊接质量无法保证。对造成缺陷的原因进行分析，有以下三点原因：

现场对永久性焊接垫板使用及缺陷位置进行调查，发现焊接垫板表面存在轻微氧化层，氧化层的存在不利于焊材与母材的熔合[1]，易造成未熔合缺陷。焊缝起、收弧是缺陷集中部位，氧化层的存在可能导致起收弧熔合较差，给起弧带来负面影响。

外侧梁与中间梁组成插入式的U 型焊缝采用两段式焊接方式进行焊接，焊接至拐弯处时由于身体站位不顺畅，导致焊枪角度无法随位置变化实时调整，极易造成偏焊、熔合不良等缺陷。且在弯道处因需要变换站位，焊接的停顿导致额外产生一处接头，再次起弧位置位于圆弧处，不易操作，易造成起弧缺陷。

图3 接头位置

该位置焊缝坡口角度大，按照三层三道焊接，单道焊道宽度较宽，焊枪需要摆动幅度较大，在焊接过程电弧横跨幅度过大，不易对熔池金属控制[2]，电弧难以在母材处停留，无法保证母材侧焊缝熔深,三道焊摆到非坡口侧极易产生夹沟及通长未熔合缺陷。

3 焊接工艺改善

3.1优化焊接垫板表面状态

在筋板焊接垫板组装前，要求焊接垫板组装焊接班组对存在氧化层的永久性垫板焊缝侧位置进行打磨消除，直至露出金属光泽。要求构架组装焊接班组在开工前，对存在氧化层的局部位置焊缝侧进行氧化层打磨清除。从而完全消除施焊位置因氧化层存在导致的熔合不良缺陷产生。

3.2优化焊接方式

为解决接头在弧度侧导致的焊枪角度差、熔池先行的问题等不利因素，优化焊接方式：改为三段式焊接，将接头位置改在平直焊缝处，在存在弧度的焊段及时调整转胎位置，保证你站位合理，操作顺畅，焊枪摆动、转换角度流畅，消除因焊枪摆动同时加上运行方向不断变向导致的熔池先行现象，更改接头起弧位置消除了在有曲率位置起弧导致的起弧不畅、易焊偏问题，从而消除起弧部位的未熔合缺陷。

图4 优化后接头位置

3.3优化焊接层道分布

优化焊缝层道分布，将焊道布置由三层三道改为三层五道，在填充、盖面时各分两道进行焊接，从而降低焊宽；同时便于焊枪角度调整，以保证非坡口侧熔深要求，降低夹沟、未熔合缺陷产生率。

4 改进效果

经一系列攻关措施优化为现有焊接方式并推广应用于现车作业后，对后续生产有轨电车该位置焊缝焊接数据进行统计，焊缝一次焊接合格率提升80%，大大减少了焊接过程因焊接可达性差造成的诸多焊接缺陷。

5 结论

通过系统分析、指定措施，从操作方法、焊接方式等多角度进行优化，大幅提升了异型地铁焊接构架U形焊缝的焊接质量，降低了操作难度，有效提高了生产效率和产品质量。

6参考文献

[1]孙竟容.实用焊工手册[M].北京：化学工业出版社，2007.

[2]陈祝年.《焊接工程师手册》[M]. 机械工业出版社，2004.