淺析半掛車車架的主要焊接缺陷及質(zhì)量控制

杜文學(xué)

（滁州興揚(yáng)汽車有限公司，安徽滁州 239064）

0 引言

半掛車車架焊接缺陷是整車焊接結(jié)構(gòu)最嚴(yán)重的工藝缺陷之一，會(huì)直接影響到半掛車整車的產(chǎn)品質(zhì)量，甚至?xí)?dǎo)致突發(fā)性交通事故，因此有必要對半掛車焊接缺陷進(jìn)行分析研究。

半掛車產(chǎn)生焊接缺陷與焊接過程的冶金因素和使用過程中的力學(xué)因素有很大的關(guān)系，所以缺陷的形態(tài)與制造及使用過程中其產(chǎn)生的條件之間有直接的聯(lián)系，從焊接的形態(tài)、起源與擴(kuò)展及影響因素等進(jìn)行深入分析，對防止半掛車焊接缺陷和保證半掛車結(jié)構(gòu)的質(zhì)量穩(wěn)定性是十分重要的。

1 焊接缺陷

1.1 形狀缺陷

形狀缺陷，即構(gòu)件焊接中的物理結(jié)構(gòu)殘缺，它包括：裂紋、孔穴、固體夾雜、未熔合和未焊透等一系列因素，其中裂紋是半掛車焊接主要缺陷。

1）焊接裂紋成因。導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生的原因是多方面的，主要體現(xiàn)在焊接過程中產(chǎn)生的力學(xué)因素和冶金因素兩方面。裂紋產(chǎn)生的力學(xué)因素主要為拘束應(yīng)力，半掛車各部件焊接過程中由于焊縫截面遠(yuǎn)小于構(gòu)件的截面，而且各部件形狀大小不一，焊縫錯(cuò)綜復(fù)雜，因此拘束應(yīng)力和拘束變形將集中在截面比母材小很多并且變形相對容易的焊接區(qū)內(nèi)，拘束度越大，焊接區(qū)域承受的拘束應(yīng)力和應(yīng)變越大，造成焊接裂紋的危險(xiǎn)性也越大。

2）對結(jié)構(gòu)性能的影響。半掛車車架裂紋是整個(gè)車體最危險(xiǎn)的缺陷，破壞事故大部分都是由焊接裂紋所引起的，其危害是減少了焊接接頭的工作截面，因而降低了焊接結(jié)構(gòu)的承載能力,構(gòu)成嚴(yán)重的應(yīng)力集中，降低了結(jié)構(gòu)的抗疲勞強(qiáng)度。半掛車的工作環(huán)境復(fù)雜，表面裂紋能藏污納垢，從而容易造成或加速結(jié)構(gòu)的腐蝕，而使部件斷裂。

1.2 焊接殘余應(yīng)力和變形

焊接殘余應(yīng)力和變形是因焊接過程中因材料熱變形而形成內(nèi)部應(yīng)力集中而殘存，同時(shí)也因其釋放而促使構(gòu)件變形。

1）焊接殘余應(yīng)力和變形的成因。半掛車零部件焊接過程是一個(gè)不均勻加熱和冷卻的過程，在施焊時(shí)，焊件上產(chǎn)生不均勻的溫度場，焊縫及其附近溫度最高，可達(dá)1600℃以上，而鄰近區(qū)域溫度則急劇下降，這樣不均勻的溫度場產(chǎn)生不均勻的膨脹，溫度高的鋼材膨脹大，但受到兩側(cè)溫度較低、膨脹量較小的鋼材所限制，產(chǎn)生熱塑性壓縮，同時(shí)焊縫冷卻時(shí)，被塑性壓縮的焊縫區(qū)趨向于縮短，但受到兩側(cè)鋼材限制，以及后焊焊縫的收縮受到已凝固的焊縫限制，從而出現(xiàn)內(nèi)部應(yīng)力。在焊接過程中，由于不均勻的加熱及冷卻，使構(gòu)件在縱向和橫向收縮，導(dǎo)致構(gòu)件產(chǎn)生鼓曲、彎曲、歪曲和扭轉(zhuǎn)等變形。

2）焊接殘余應(yīng)力和變形對結(jié)構(gòu)工作性能的影響。由于殘余應(yīng)力的存在，降低結(jié)構(gòu)的剛度，在外力作用下變形將會(huì)加大；對低溫冷脆影響極大，使裂紋容易發(fā)生和發(fā)展；焊縫及其附近的主體金屬殘余應(yīng)力通常接近鋼材的屈服點(diǎn)，此部位正是形成和發(fā)展疲勞裂紋最為敏感的區(qū)域，明顯影響結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度。

2 焊接質(zhì)量控制

半掛車生產(chǎn)要求全面焊接質(zhì)量控制，即要求產(chǎn)品從設(shè)計(jì)、制造、一直到出廠后的銷售服務(wù)等所有環(huán)節(jié)都要實(shí)行焊接質(zhì)量保證和質(zhì)量控制，半掛車焊接質(zhì)量的控制包括完善企業(yè)技術(shù)裝備、提高操作人員的素質(zhì)及嚴(yán)格管理的焊接技術(shù)，目的是獲得無缺陷的半掛車焊接結(jié)構(gòu)，滿足半掛車焊接產(chǎn)品在實(shí)際使用過程中的要求，特別是焊接設(shè)計(jì)和施工至關(guān)重要。

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

作為半掛車焊接結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，必須考慮分析其具體結(jié)構(gòu)形式、技術(shù)及制造條件，除此之外還應(yīng)該考慮材料的焊接性能和焊接接頭的分布。合理的選擇焊縫的尺寸和形式，在保證結(jié)構(gòu)的承載能力的條件下，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該盡量采用較小的焊縫尺寸，因?yàn)楹缚p尺寸大，不但焊接量大，焊縫的焊接應(yīng)力和變形也大；合理安排焊縫的位置，以避免焊縫的過分集中和交叉，盡量減少不必要的焊縫；充分考慮保證焊接工藝的可實(shí)施性，各種檢測的可行性，焊接變形是否易于控制，焊接操作是否方便、安全，能否保證焊接質(zhì)量。必須設(shè)計(jì)合理的接頭形式，其幾何形狀應(yīng)該盡可能不干擾應(yīng)力分布，盡可能避免截面上有突變的的接頭，盡量避免在有應(yīng)力疊加或應(yīng)力集中的區(qū)域內(nèi)布置焊縫。

2.2 母材與焊接材料

1）母材的選用。焊接結(jié)構(gòu)件的選材，應(yīng)該根據(jù)其使用性能、焊接工藝性能和經(jīng)濟(jì)性三個(gè)條件進(jìn)行，具體的選材原則為：（1）在滿足技術(shù)要求的前提下，應(yīng)該盡量選用強(qiáng)度級別較低的材料；（2）根據(jù)結(jié)構(gòu)的使用條件，盡量選用汽車專業(yè)用的板材；（3）在焊接工藝不能改變的條件下，盡量選用焊接性能好的材料；針對以上原則，半掛車的材料基本上選用低合金高強(qiáng)板16Mn，和普通碳素鋼Q235，基本滿足使用要求。

2）焊接材料。半掛車焊接時(shí)主要根據(jù)母材的性能、接頭的方式和工作條件選擇焊條，半掛車焊接主要是按照“等強(qiáng)匹配原則”選擇焊條的強(qiáng)度級別，次要件選用酸性焊條J422，而重要件選用堿性焊條J506。

2.3 焊接方法和工藝

焊接接頭的施焊位置、焊接方法和焊接材料都對焊接后的材料性能產(chǎn)生較大的影響，所以正確地采用相應(yīng)的焊接方法和工藝是直接關(guān)系到整個(gè)半掛車焊接質(zhì)量的重要因素。

1）焊接方法的選擇。技術(shù)水平、生產(chǎn)設(shè)備、材料消耗均影響焊接方法的選用，半掛車生產(chǎn)中，選擇焊接方法應(yīng)該在保證半掛車產(chǎn)品質(zhì)量的前提下以及能滿足生產(chǎn)需要的情況下，應(yīng)該盡量選用要求技術(shù)水平低、生產(chǎn)設(shè)備簡單、成本低和材料消耗少的焊接方法，以提高經(jīng)濟(jì)效益。半掛車結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，焊縫長、大，工字鋼應(yīng)該采用埋弧自動(dòng)焊，其他橫梁等短焊縫選用手工電弧焊，一般小件采用氣體保護(hù)焊。

2）焊接施工的控制。正確的焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、合理的焊接工藝，都要通過施工來實(shí)現(xiàn)，因此要求施工者嚴(yán)格執(zhí)行焊接工藝和生產(chǎn)工藝規(guī)程，以便保證焊接質(zhì)量。

（1）母材。施焊前，距焊縫坡口25 mm區(qū)域內(nèi)不得有油污、油脂、氧化物或其它雜質(zhì)存在，在用除油劑除去油污、油脂后，用清水或用化工試劑徹底擦洗；鄰近焊縫的材料的表面應(yīng)有適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施，以防止焊接過程中的飛濺或其它物件沾污或擦傷本體表面；所有對接焊縫的兩端應(yīng)裝有引、熄弧板；所有對接焊縫坡口深度較大的一面均應(yīng)先焊。

（2）焊接材料。為確保焊接質(zhì)量，焊條在使用前應(yīng)該進(jìn)行烘干（焊條說明書中聲明不需要烘干或不能進(jìn)行烘干的焊條例外），且焊條一般應(yīng)該隨烘隨用，焊條不能重復(fù)烘。

（3）焊接工藝。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，選擇合適的焊接電流和行走速度，采用合理的施焊次序和方向，對于大的部件焊接可采用反變形法，焊后由于本身的收縮變形，恰好達(dá)到所需要的正常狀態(tài)，工字鋼等重要受力件在焊接前可采用預(yù)熱，就是在焊接前把焊件整體加熱到合適的溫度，從而減小焊件施焊部位與其它部位的溫度差，預(yù)熱溫度為200～250℃左右。對焊后零件設(shè)法保溫（如置于石棉灰或生石灰粉中），讓焊件緩慢冷卻，以消除內(nèi)應(yīng)力，在工字鋼焊接后不要急于清理焊劑，以保溫一段時(shí)間。采用合理的施焊次序，如分段逆向?qū)ΨQ法，對于較長的縱梁和橫梁的焊縫，將焊縫分成若干對稱小段，標(biāo)明次序，由兩側(cè)向中心施焊，或中心向兩側(cè)施焊。要根據(jù)焊縫長短選用分段焊或間跳焊，對于其余各小段的焊接，可按首尾相接的方法進(jìn)行，先焊短的，后焊長的；先焊壁厚的后焊壁薄的；先焊主焊縫后焊次要焊縫；先焊對稱部位焊縫后焊非對稱焊縫，先焊收縮量大的焊縫后焊收縮量小的焊縫，先焊對接焊縫后焊角焊縫等。

2.4 焊后處理

在焊裝完工后，因形狀因素、殘余應(yīng)力和變形而導(dǎo)致半掛車相關(guān)部件疲勞斷裂，為此需要進(jìn)行焊后處理。焊后應(yīng)仔細(xì)清理焊件表面的焊渣、焊瘤飛濺物及其他污物，必要時(shí)應(yīng)對焊縫進(jìn)行局部修整。通過機(jī)械處理，以改變和改善殘余應(yīng)力的分布來減少由焊接引起的應(yīng)力集中，首先焊縫處在赤熱狀態(tài)時(shí)，用小手錘敲打焊縫，以抵消焊縫金屬及熱影響區(qū)金屬的收縮力，從而減小或消除內(nèi)應(yīng)力、減小或矯正變形，錘擊時(shí)盡可能地向焊縫的橫向錘擊，使焊縫金屬盡可能橫向伸展。并且錘擊要稠密、輕快而均勻。其次，采用施力矯正，就是一般利用千斤頂之類的一些專用設(shè)備設(shè)法造成新的變形來補(bǔ)償?shù)窒呀?jīng)發(fā)生的變形。加熱矯正，選擇適當(dāng)部位加熱到一定的溫度，通常達(dá)到600～800℃后冷卻退火，以減少殘余應(yīng)力，防止裂紋產(chǎn)生。同時(shí)也可以利用不均勻的加熱使結(jié)構(gòu)局部獲得反向變形來改善原來的焊接變形。也應(yīng)當(dāng)注意，改善某項(xiàng)性能的焊后處理措施可能對另一性能產(chǎn)生有害的影響。

3 結(jié)論

通過介紹焊接裂紋、焊接殘余應(yīng)力和變形產(chǎn)生原因和影響，依據(jù)半掛車制造工程的實(shí)際情況，為了保證焊縫質(zhì)量，避免焊接缺陷，科學(xué)設(shè)計(jì)施工工藝，加強(qiáng)焊接全過程的控制，使半掛車從制作開始到安裝驗(yàn)收完全處于質(zhì)量受控狀態(tài)。

［1］李亞江.焊接組織性能與質(zhì)量控制［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

［2］金屬機(jī)械性能編寫組.金屬機(jī)械性能［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1982.

［3］王嘉玲.焊接質(zhì)量與焊條使用［M］.北京：國防工業(yè)出版社，1994.