鐵路罐車筒體環(huán)縫埋弧焊工藝

李永軍　賈汝唐　張出蕾　邵輝

摘要： 以GQ80鐵路罐車產(chǎn)品為例，分別從產(chǎn)品與母材、焊接的填充材料、焊前準備包括坡口形式、焊前清理及焊前裝配、焊接工藝包括焊接順序、焊接方法及焊接操作要點，焊后檢驗等幾個方面系統(tǒng)全面地介紹了鐵路罐車筒體環(huán)縫埋弧焊的焊接工藝。

關鍵詞： 鐵路罐車; 筒體環(huán)縫; 埋弧焊; 焊接工藝

中圖分類號： TG 442

Abstract： Taking the GQ80 railway tank car as an example， girth submerged arc welding process of the railway tank car was systematically and comprehensively introduced from aspects of products and base materials， filler materials， prewelding preparations including groove form， prewelding cleaning and prewelding assembly， welding process including welding sequence， welding method and welding operation points and postwelding inspection.

Key words： ?railway tank cars; cylinder girth; submerged arc welding; welding process

0 前言

鐵路罐車因為裝載大多數(shù)介質均屬于油脂化工等危險性產(chǎn)品，并且由于罐體的拼接是以焊接的形式進行[1]，一旦因為焊縫質量出現(xiàn)問題則可能導致氣體泄漏等問題而帶來災難性的危害，所以保證罐體的焊縫的焊接質量成為首要任務。特別是在罐體環(huán)縫和縱縫的埋弧焊焊接過程中，罐體的環(huán)縫焊接更容易在焊接操作過程中產(chǎn)生缺陷，這主要是因為在焊接時，筒體隨著滾輪架轉動，焊絲的位置決定了焊縫的成形，如內(nèi)環(huán)縫焊接時焊絲距離圓周中心位置偏移量過小或外環(huán)焊接偏移量過大時，焊縫中心易凹陷、熔深減小易產(chǎn)生未焊透及未熔合現(xiàn)象;內(nèi)環(huán)焊接時偏移量過大或外環(huán)焊接時偏移量過小時，焊縫中心凸起，兩側易咬邊，焊縫余高大，熔深增加，為了避免因為焊絲位置不正確而影響焊接接頭的質量，現(xiàn)以GQ80鐵路罐車筒體及封頭環(huán)縫焊接為例，介紹在以埋弧焊焊接工藝焊接時，如何正確的控制焊絲的位置以保證焊接接頭的質量。

1 產(chǎn)品與母材

GQ80鐵路罐車產(chǎn)品圖如圖1所示，GQ80型輕油罐車罐體板材采用符合運裝貨車[2003] 387號文的高強度耐大氣腐蝕鋼Q450NQR1，化學成分見表1，封頭與筒體壁厚均為10 mm，直徑3 120 mm，總體長度12 400 mm，由于其含碳量相對較低，具有良好的焊接性[2]。

2 焊接填充材料

考慮到生產(chǎn)的效率，焊接方法選用效率較高的埋弧焊（SAW）進行焊接，從母材強度角度考慮，焊絲種類選擇符合TB/T 2374—2008《鐵道車輛用耐大氣腐蝕鋼及不銹鋼焊接材料》的埋弧焊絲TH550NQⅢ， 焊絲直徑為5 mm，其化學成分見表2，埋弧焊焊劑選擇使用SJ101，定位焊焊縫選擇焊條電弧焊（SMAW），主要考慮焊條電弧焊操作靈活，焊條選用J556NiCrCu，焊條直徑為 4 mm。焊條、焊劑在使用前按供應商規(guī)定進行烘干，以防止吸潮，烘干溫度350～380 ℃，烘干1～2 h，100 ℃保溫，隨用隨取。

3 焊前準備

3.1 坡口形式

根據(jù)母材厚度及焊接工藝的特點，采用雙面進行焊接，可以更好的控制焊接應力和變形，試驗中采用Y形坡口，坡口角度70°，鈍邊高度為5 mm，坡口形式如圖2所示。

3.2 焊前清理

焊前應將焊縫坡口位置及坡口表面兩側15～20 mm范圍內(nèi)的鐵銹、油污等清理干凈并打磨出金屬光澤，以防止焊接過程中產(chǎn)生氣孔等缺陷。內(nèi)環(huán)縫焊接之后外環(huán)縫焊焊接之前，如因內(nèi)環(huán)縫焊完后反面有因電流過大而引起的燒穿或者焊瘤等缺陷時，應采用機械修磨或者碳弧氣刨等方式進行清根，但應注意的是碳弧氣刨清根后在焊接之前應將清根后的滲碳層打磨干凈，以避免因滲碳而影響焊接質量。

3.3 裝配

裝配時為了保證裝配的精度及尺寸要求，按照標準要求檢查組對質量，組對間隙應0～2 mm，錯邊量不大于1.5 mm，焊前在焊縫兩側各20 mm處打上樣沖眼，每隔1 m打一處，防止焊縫焊偏。采用焊條電弧焊進行定位焊縫，定位焊焊縫的長度為20～30 mm，且保證填滿弧坑以防止裂紋的產(chǎn)生，間距為200～300 mm，定位焊焊縫若出現(xiàn)缺陷如現(xiàn)裂紋、氣孔等，應將其清除后重新焊接，定位焊后，應徹底清除熔渣。

4 焊接工藝

4.1 焊接順序

先焊內(nèi)環(huán)焊縫，內(nèi)環(huán)縫焊接采用埋弧焊小車放入罐體內(nèi)部焊接，外部加焊劑墊支撐，后焊外環(huán)焊縫，外環(huán)縫焊接采用龍門式懸臂吊焊接小車或十字懸臂架焊接臂懸空焊的雙面埋弧焊焊接工藝。

4.2 焊接工藝參數(shù)

采用SMAW方法進行了定位焊，然后采用SAW方法進行正反面在焊接。焊接工藝參數(shù)見表3。

4.3 內(nèi)環(huán)焊縫操作要點

4.3.1 焊接位置

焊接時，焊絲應逆轉動方向距焊件圓周中心位置偏移一定距離，內(nèi)、外環(huán)縫偏移量均為30～50 mm，內(nèi)環(huán)呈上坡焊，外環(huán)呈下坡焊，這是為了有利于熔池及熔渣的凝固（內(nèi)環(huán)焊接時，保證熔池及熔渣在最低點凝固，外環(huán)焊接時，保證熔池及熔渣在最高點凝固），從而保證焊縫成形美觀，焊接時，正確的焊絲與內(nèi)外環(huán)縫的焊接位置如圖3所示（a為焊絲偏移量）。內(nèi)環(huán)焊接時，將焊接小車吊入罐內(nèi)，推到合適的焊接位置，以保證其有合適的焊絲偏移量，焊接時焊接小車在筒體上行走，行走方向與筒體轉向相反，速度應與筒體轉動速度相等，以保證焊絲偏移量不發(fā)生改變，上坡焊角度不變，從而保證整道焊縫都在最佳位置施焊，焊縫成形美觀。外環(huán)縫焊接采用龍門式懸臂吊焊接小車或十字懸臂架焊接臂焊槍對準焊接位置，調整好焊絲偏移量，如在實際中速度不等速，可通過暫停筒體或調節(jié)焊接小車速度來調整，以使其焊絲偏移量控制在合適范圍內(nèi)。

4.3.2 焊絲對中位置

通過調整焊絲位置，使焊絲中心線對準待焊焊縫中心，一般用指針，以防止焊偏。如果焊絲中心線偏離待焊焊縫中心，易造成內(nèi)、外環(huán)焊縫中心不在一條直線上，從而引起未焊透。焊接時，如果出現(xiàn)偏移，可以通過調節(jié)焊接小車或懸臂架的相對位置保證焊絲與焊縫中心一致。

4.3.3 焊絲伸出長度

焊絲的伸出長度一般為焊絲直徑的6～10倍，焊前通過調整機頭使焊絲伸出長度控制在30～50 mm之間，焊絲伸出長度過長則導致焊絲電阻熱增加，熔化速度加快，結果使焊縫熔深變小，余高變大，焊絲伸出長度過短則容易燒壞導電嘴。

內(nèi)環(huán)焊接時由于焊接小車在筒體上行走，故焊絲伸出長度不會發(fā)生改變，焊前調節(jié)到合適的位置即可。外環(huán)焊接時，由于焊接小車（懸臂架）固定或罐體可能發(fā)生顫動，焊絲伸出長度會發(fā)生變化，焊接電流和電弧電壓波動較大，造成焊縫成形不良，要隨時觀察在焊絲伸出長度發(fā)生變化的同時時調節(jié)焊槍高度以保證焊接過程的穩(wěn)定。

4.3.4 焊接過程

焊接開始后，首先要觀察電壓表及電流表，檢查焊接電流與電弧電壓與工藝參數(shù)是否相符，如不相符，則迅速調整，直到相符。觀察第一個樣沖眼，確定指針是否對正，如指針未對正，應快速加以調整，并立即畫一個樣沖加以檢驗，直至對正。焊前，在距離引弧點200 mm處打上第一個樣沖眼，然后每隔1 200 mm均勻的打上樣沖眼。

在整個焊接過程中，都要隨時觀察焊接電流、電弧電壓及焊縫成形狀況，以便隨時做出調整，還要隨時注意焊絲偏移量是否發(fā)生改變，焊劑是否足夠，焊劑斗流動是否順暢，樣沖是否對正等。

收弧時，易產(chǎn)生弧坑未填滿等缺陷，因此收弧時收弧的位置應該從引弧點開始壓過30～40 mm，先停止筒體轉動及焊接小車行走，稍等片刻，待弧坑填滿后再熄弧。

4.4 外環(huán)焊縫操作要點

經(jīng)外觀檢驗內(nèi)環(huán)焊縫合格后，將罐體吊至外環(huán)焊接胎架上，經(jīng)過焊前清理，開始外環(huán)焊縫焊接，其采用懸空焊，除不采用焊劑墊外，其他焊接過程與內(nèi)環(huán)焊縫基本相同，但要注意以下4點[3-4]：①埋弧焊雙面焊時，要求內(nèi)環(huán)焊道熔深達到板厚的40%～50%，為防止燒穿。外環(huán)焊道要求熔深達到板厚的60%～70%，主要是為了保證焊透，因此外環(huán)焊縫焊接時，焊接工藝參數(shù)比內(nèi)環(huán)焊縫焊接時稍高，焊接時一定要注意隨時調節(jié)焊接電流等焊接參數(shù);②外環(huán)焊接時，焊機放置在門行車平臺上，焊機小車不行走，只是隨著罐體的轉動而進行焊接，調整好焊絲偏移量，在焊接過程中，由于罐體圓度不夠，焊絲偏移量會發(fā)生改變，導致焊縫成形不良，這就要求我們在焊接過程中注意觀察，通過聽焊接聲音及焊縫成形等加以辨別，利用焊機上的調整前后旋鈕進行調整，沒有調整旋鈕的焊機則要停機進行調整，當然最有效的措施便是加強組對質量，保證筒體的圓度;③外環(huán)焊接時，調整好的焊絲伸出長度也會由于罐體圓度不夠而發(fā)生改變，可以通過調整門行車平臺或焊接懸臂架高低和調整焊機上的調整上下旋鈕來保證其控制在合適的范圍內(nèi);④收弧時，由于只有罐體轉動，因此只先停止罐體轉動，根據(jù)經(jīng)驗估計弧坑填滿后再熄弧。

5 焊后檢驗

5.1 外觀檢驗

焊后進行外觀檢驗，焊縫的驗收標準根據(jù)工藝文件和圖紙要求，焊縫寬度為18+5-2mm，余高為0～3 mm，咬邊深度不大于0.5mm，焊縫不準有裂紋、未熔合、未焊滿、氣孔、焊瘤、焊穿、焊接接頭不良、電弧擦傷、夾渣等缺陷，對超出標準的缺陷，徹底清除后，補焊合格并打磨圓滑過渡，母材不允許有電弧擦傷，焊接接頭應修磨圓滑過渡，以防止出現(xiàn)應力集中。

5.2 射線檢驗

封頭拼接焊縫采用膠片法射線照相，2個封頭檢測結果均符合NB/T 47014.2—2015《承壓設備焊接工藝評定》規(guī)定的III級，罐體直筒焊接接頭采用實時成像檢測，錐筒及錐筒與封頭環(huán)縫采用計算機射線照相檢測，避免產(chǎn)生不合格的內(nèi)部缺陷而存在缺口，因應力集中的存在而導致在運行過程中出現(xiàn)裂紋等缺陷在造成災難性的后果。

5.3 力學性能試驗

焊接接頭的力學性能試驗見結果表4。

6 結束語

通過對GQ80鐵路罐車筒體環(huán)縫埋弧焊焊接工藝的分析，在采用埋弧焊進行焊接GQ80鐵路罐車筒體環(huán)縫時，從焊接工藝的各個環(huán)節(jié)進行控制，特別是在操作上通過對焊接過程中的焊絲位置的不斷調整，使焊絲中心線對準待焊焊縫中心，通過焊絲位置的調整來保證焊縫的質量，從很大程度上改善了GQ80鐵路罐車筒體環(huán)縫的一次焊縫成形質量，保證了焊接產(chǎn)品質量合格率的同時也大大的促進了企業(yè)的生產(chǎn)效率，減少了焊縫的返修次數(shù)，減少了成本的消耗，此工藝方法已經(jīng)得到部分企業(yè)認可并大力推廣應用。

參考文獻

[1] 閆興貴， 趙國英. DPTIG與TIG組合焊在儲罐上的應用[J]. 焊接， 2018（5）： 45-47.

[2] 賈汝唐， 王建紅， 黨軍旺. GQ80型罐車罐體焊接接頭試驗工藝[J]. 機械制造文摘——焊接分冊， 2016（3）： 32-36.

[3] 李永軍， 羅朝偉. GQ70罐車封頭環(huán)縫埋弧焊操作技術[C]. 西安： 第四屆數(shù)控機床與自動化技術高層論壇， 2013.

[4] 王有君， 李小冬， 任建武， 等. GQ（80）型鐵路輕油罐車罐體環(huán)縫焊接技術[J]. 鐵道技術監(jiān)督， 2015， 43（4）： 37-38.