鋁合金動車枕梁與牽引梁三角補強板焊縫氣孔修復工藝

徐立廣，王 鵬

鋁合金動車枕梁與牽引梁三角補強板焊縫是鋁合金車體最關(guān)鍵的焊縫，為了保證焊縫質(zhì)量，需經(jīng)過V T、P T和R T三步檢驗，該焊縫焊接氣孔是其常出現(xiàn)的焊接缺陷。氣孔產(chǎn)生原因有多個方面：（1）焊接環(huán)境的影響，如焊接區(qū)周圍的空氣侵入和焊接材料吸潮；（2）工件及焊絲表面不純物的作用；（3）焊接設(shè)備如果狀態(tài)不良，可能導致保護氣體效果不佳；（4）母材合金中含有的雜質(zhì)越多，氣孔越容易形成；（5）焊接參數(shù)的影響。所以現(xiàn)場施工時以上所有因素都必須得到有效的控制，因此偶爾出現(xiàn)保證氣孔不超標也在所難免，那么研究如何保證修復質(zhì)量尤為重要。

一、焊接接頭基本情況介紹

鋁合金動車枕梁與牽引梁三角補強板基本信息如表1所示。焊接方法使用熔化極惰性氣體保護焊（MIG焊），保護氣體使用99.999%高純氬氣，焊接參數(shù)如表2所示，該接頭宏觀金相如圖1所示。焊縫性能等級為CPB，外觀檢測執(zhí)行ISO17637，射線檢測執(zhí)行E N 12517-2，宏觀試驗執(zhí)行E N 1321，驗收標準及級別為ISO10042-B級。

二、氣孔的焊接修復過程

氣孔焊接修復的基本思路為：（1）確定氣孔缺陷的位置；（2）徹底消除缺陷；（3）焊接修復。

表1 焊接接頭基本信息

表2 主要焊接工藝參數(shù)

圖1 宏觀金相

1.確定氣孔的位置

首先確定氣孔在焊縫深度方向的位置。通常情況下由于所有試件都是在焊接完成后進行的探傷，所以不能判斷氣孔具體出現(xiàn)在正面還是反面，通過以下方法進行判斷。

（1）焊接正面焊縫(圖2所示的F 1和F 2)，反面清根；

（2）對清根后的坡口進行滲透探傷(P T)，判斷是否清理徹底；

（3）然后進行射線探傷（R T）,判斷正面焊縫(F 1和F 2)內(nèi)部是否存在氣孔超標。

（4）焊接反面兩道焊縫（如圖 3所示 S 1、S 2），打磨余高和R部后進行滲透探傷（P T）,判斷是否存在缺陷。

（5）進行射線探傷（R T）,判斷反面（S 1、S 2）焊縫內(nèi)部是否存在氣孔超標。

圖2

圖3

圖4

然后通過查看R T探傷底片，確定氣孔在寬度方向的位置，通常情況下發(fā)現(xiàn)氣孔都分布在焊縫中靠型材側(cè)。

如果在現(xiàn)車出現(xiàn)氣孔超標后，可以通過制作模擬試件來預判現(xiàn)車焊縫氣孔位置。在制作模擬試件時應該按照現(xiàn)車生產(chǎn)條件進行，這樣制作的模擬試件結(jié)果才能應用于現(xiàn)車生產(chǎn)。制作模擬試件后，通過以上方法對第一次射線探傷（第3步）結(jié)果和第二次探傷（第5步）結(jié)果進行比較。發(fā)現(xiàn)有多處同樣位置和大小的氣孔分布，可以判斷出現(xiàn)氣孔位置主要在正面焊縫（F 1/F 2），反面焊縫（S 1/S 2）有少許氣孔，并且氣孔主要分布在枕梁側(cè)。

鋁合金焊接出現(xiàn)的氣孔主要是氫氣孔，在焊縫熔池中會向上逸出，圖4為該焊縫的斷面示意圖，可以將氣孔逸出的路徑大致分為四個通道，通道1和通道2為正面焊縫內(nèi)，通道3、通道4在反面焊縫內(nèi)。其中焊縫靠近型材側(cè)的通道1和通道3比靠近三角補強板通道2和通道4明顯要長，氣孔需要更多的時間逸出熔池，那么在相同冷卻時間內(nèi)通道1和通道2殘留的氣孔更多。由于型材側(cè)面積較大、散熱快，冷卻時間就快。綜上所述，從射線探傷結(jié)果顯示氣孔主要集中在型材側(cè)。

另外，由于正面焊縫的焊接位置為平角焊（P B），相對于反面焊縫的平焊（P A）來說，氣孔對焊縫根部的保護效果更差些，并且受空間影響，焊槍角度在牽引梁和枕梁之間轉(zhuǎn)換時也沒有反面焊縫順暢，故氣孔主要存在于焊縫正面。

圖5

圖6

圖7

2.氣孔缺陷消除

利用試驗過程中不合格的試件制作焊縫修復模擬試件。首先銑刀清除正面焊縫的氣孔缺陷，經(jīng)過滲透探傷（P T）合格后再進行射線探傷（R T），射線探傷合格后在進行模擬修復試驗。圖5為正面焊縫缺陷消除后的示意圖。

如果需消除反面焊縫氣孔缺陷，此時需注意坡口的寬度。由于反面坡口較深，若只清理焊縫根部，坡口空間相對較小，坡口面容易擋住噴嘴，為了將焊絲達到根部，干伸長需稍微延長，影響氣體保護效果（如圖6所示），所以在反面情況時可以適當?shù)貙⑵驴诩訉?，這樣不但可以控制干伸長度，而且有利于焊槍的擺動，使氣孔方便逸出（如圖7所示）。

3.焊接修復

焊接試件射線探傷合格后在進行模擬修復試驗,修復時采用多層多道焊接，層間清理，并且嚴格控制層間溫度，這樣可以減少熱輸入量，降低焊縫修復時對母材的熱影響。模擬修復試件合格后在對現(xiàn)車進行修復。

焊接修復的焊接工藝規(guī)范參照現(xiàn)車生產(chǎn)進行調(diào)節(jié)，焊接方法采用熔化極惰性氣體保護焊，外觀檢測執(zhí)行ISO 17637，射線檢測執(zhí)行E N 12517-2，驗收標準及級別為ISO 10042-B級。修復時要注意，同一個部位修復次數(shù)不能超過3次，否則該位置的焊縫強度會大大降低。

表3為正面焊縫氣孔缺陷修復的焊接參數(shù)，焊接順序示意圖見圖8所示。

表3 主要焊接工藝參數(shù)

圖8

正面焊縫修復采用三層四道焊，熔深要求為8m m，同時該要求6m m焊角厚度。其中F 1為打底焊，焊接規(guī)范稍大，保證焊縫根部熔合良好；F 2為填充焊，焊接之前需要注意層間溫度不能超過70℃，同時必須清除打底焊上的表面缺陷，避免層間未熔合、夾渣等缺陷；F 3和F 4為蓋面焊，該層焊縫的焊接規(guī)范相對偏小，焊接前同樣需控制層間溫度和清除缺陷，另外還需要保證焊縫表面成形。表4為反面焊縫氣孔缺陷修復的焊接參數(shù)，焊接順序示意圖見圖9所示。

表4 主要焊接工藝參數(shù)

圖9

反面焊縫修復采用兩層三道焊，熔深要求為4m m，焊縫表面磨平。其中F 1為打底焊，焊接規(guī)范與正面焊縫打底焊相當，保證焊縫根部熔合良好；F 3和F 4為蓋面焊，該層焊縫的焊接規(guī)范相對偏小，焊接前需控制層間溫度和層間缺陷。

三、結(jié) 論

1.焊接修復前必須結(jié)合射線探傷的結(jié)果來準確地定位氣孔所在的位置。

2.氣孔缺陷消除需徹底，同時要仔細地修整焊道的坡口。

3.焊接修復前需要制作模擬試件，調(diào)試最合適的焊接工藝規(guī)范，同時還要避免修復過程中再次參數(shù)其他焊接缺陷。

4.一般情況下要求焊接修復一次性合格，同一部位的焊修次數(shù)不能超過三次。

[1]胡煌輝.鋁合金MI G焊時氣孔的預防[J].電力機車與城軌車輛,2003，（3）.

[2]陳祝年.焊接工程師手冊［M］.北京:機械工業(yè)出版社,2002.