高速動(dòng)車組轉(zhuǎn)向架管對(duì)接結(jié)構(gòu)焊接缺陷管控探析

王濤 隋旭日 朱玉河

摘 要：當(dāng)前，在橫梁管焊接作業(yè)中，氣孔與未熔合缺陷較為常見。所以本文主要分析這兩種缺陷，本文首先闡述了實(shí)驗(yàn)方法和材料，之后調(diào)查2018年4—5月與10—11月的生產(chǎn)現(xiàn)狀。最終確定了兩種缺陷形成原因，并提出一些優(yōu)化策略，希望能夠?yàn)橄嚓P(guān)人員與單位提供參考。

關(guān)鍵詞：動(dòng)車組;轉(zhuǎn)向架管;對(duì)接結(jié)構(gòu)焊控制

前言：

通常，為了有效確保列車行駛安全，通過借助焊接手段對(duì)列車轉(zhuǎn)向架進(jìn)行處理，主要由橫梁、側(cè)梁和相關(guān)附件構(gòu)成。比如，我國(guó)時(shí)速在300km/h以上的列車，主要通過橫梁管連接轉(zhuǎn)向架，并且橫梁管在轉(zhuǎn)向架中具有重要地位，連接于列車側(cè)梁[1]。然而當(dāng)前，橫梁管焊接無法充分滿足要求，產(chǎn)生氣孔、沒有熔合等，嚴(yán)重影響焊接質(zhì)量，同時(shí)影響生產(chǎn)力。

1 實(shí)驗(yàn)方法與材料

轉(zhuǎn)向架橫梁鋼管與兩個(gè)連接座的材質(zhì)基本上為S355J2+N，對(duì)于連接位置接頭主要選擇環(huán)狀接頭，在內(nèi)側(cè)坡口方面，以5V形式為主，坡口角度是45°。在外側(cè)坡口方面，以10U形式為主，角度為12°，另外，需要保證中間可以預(yù)留1.8mm的村邊。見下圖。

另外，在焊接質(zhì)量方面的要求也較為嚴(yán)格，通常，為了確保列車行駛安全性，焊縫質(zhì)量應(yīng)該以CPA為標(biāo)準(zhǔn)，完成焊接工作后，應(yīng)該通過100%射線與100%磁粉對(duì)焊縫位置進(jìn)行探傷處理。開展橫梁管組對(duì)工作時(shí)，應(yīng)該確保外坡口的顳部可以均勻分布定位焊，同時(shí)在其焊縫長(zhǎng)度方面的規(guī)定非常明確，通常需要將焊縫控制在50mmm左右。

開展焊接作業(yè)前，應(yīng)該優(yōu)先打磨焊縫兩側(cè)，進(jìn)行形成45°斜面，之后選擇CLOOS ROMAT310機(jī)械手臂優(yōu)先焊接內(nèi)側(cè)5V，之后進(jìn)行2道焊接，完成該環(huán)節(jié)工作后，應(yīng)該借助打磨機(jī)對(duì)外側(cè)坡口進(jìn)行清根處理，保證未融透位置全部去除，保證其光滑度。完成清根工作后，應(yīng)該確保外坡口深度在12.5mm左右。對(duì)于10U焊接焊縫焊接工作，應(yīng)該分為3層進(jìn)行3道焊接處理，之后100%射線與100%磁粉進(jìn)行探傷處理。若是此過程發(fā)現(xiàn)焊接曲線，應(yīng)該借助KW-4C數(shù)字超聲波射線與儀器配合，進(jìn)而充分確定焊接缺陷位置、大小與種類，便于返修工作順利開展。

2 分析和討論

2.1調(diào)查生產(chǎn)現(xiàn)狀

首先可以對(duì)2018年4—5月車間開展的CRH380動(dòng)車轉(zhuǎn)向架的橫梁管焊接作業(yè)活動(dòng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，同時(shí)統(tǒng)計(jì)前十根完成焊接的產(chǎn)品質(zhì)量。其次，應(yīng)該對(duì)2018年10月與11月，展開260lm/h動(dòng)車橫梁管焊接作業(yè)活動(dòng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，同時(shí)追蹤統(tǒng)計(jì)前期25根產(chǎn)品的質(zhì)[2]。對(duì)兩階段調(diào)查結(jié)果進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，具體使用此類橫梁管雙面環(huán)形焊縫時(shí)，焊接缺陷較多，并且焊接合格率與規(guī)定要求存在較大差距。另外，深入分析兩階段工作后，發(fā)現(xiàn)氣孔與沒有熔合是橫梁管焊接主要缺陷，并且在同一處位置會(huì)同時(shí)出現(xiàn)兩種問題，沒有熔合缺陷發(fā)生次數(shù)較多，在所有缺陷中出現(xiàn)頻率高達(dá)57%，雖然氣孔缺陷發(fā)生此處相對(duì)較少，然而也達(dá)到36%。雖然會(huì)出現(xiàn)裂紋缺陷，然而其發(fā)生次數(shù)較少，屬于意外缺陷，出現(xiàn)頻率僅為3%。

2.2未熔合缺陷分析

未熔合探傷底片見下圖。

其主要具有以下特征：①缺陷概率高，在57%左右，并且經(jīng)常導(dǎo)致橫梁管報(bào)廢;②結(jié)合RT底片中未熔合缺陷發(fā)生部位，可以確定，母材坡口與焊縫連接位置是主要缺陷部位。③通過超聲波對(duì)缺陷深度進(jìn)行檢測(cè)發(fā)現(xiàn)未熔合部位與焊縫表面間距在11.5mm左右，為10U焊縫打底層的深度位置，并且在其他深度也會(huì)出現(xiàn)此種缺陷。④進(jìn)行返修后，還會(huì)發(fā)生缺陷問題。因此，致使橫梁管焊接出現(xiàn)批量未熔合缺陷屬于穩(wěn)定、持續(xù)性因素。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體情況分析，焊縫未熔合缺陷可能由以下原因造成：①焊縫外側(cè)清根工作不足，完成清根工作后，平面度沒有滿足設(shè)計(jì)要求，導(dǎo)致機(jī)械手無法穩(wěn)定追蹤焊接電弧。②工藝標(biāo)準(zhǔn)缺少合理性。③工裝同軸度不足，機(jī)械手進(jìn)行焊接處理時(shí)，焊槍焊接角度不夠理想。

說明，不僅環(huán)境、清根與工裝同軸度會(huì)影響未熔合缺陷產(chǎn)生概率，工藝移速也會(huì)造成一定影響[3]。未熔合缺陷主要原因就是焊接時(shí)，熱輸入沒有達(dá)到要求，主要體現(xiàn)在：焊接過程散熱比較快;焊接整體熱輸入不足;局部熱輸入不足。

2.3氣孔缺陷

第一階段氣孔缺陷較少，一般為單一騎扣，并且氣孔頻次與形成位置不夠固定，所以該階段氣孔成因?yàn)榕既恍砸蛩兀瑧?yīng)該以基礎(chǔ)工作為切入點(diǎn)。①焊接前借助無紡布與7063清洗液對(duì)坡口進(jìn)行認(rèn)真處理，保證坡口沒有銹蝕與油污等。②將車間大門與機(jī)械手電風(fēng)扇關(guān)閉，對(duì)保護(hù)氣體的流量進(jìn)行檢查，確定其是否與規(guī)定要求相符。③焊接式借助鋼絲刷將層道間氧化物清除，之后通過毛刷進(jìn)行清理。

在第二階段中，氣孔缺陷較為頻繁，并且出現(xiàn)了未熔合缺陷，氣孔較為密集。特別在氣候下降之后，車間溫度降低，氣孔產(chǎn)生次數(shù)增加，并且具有一定規(guī)律性。通過分析確認(rèn)，該階段氣孔問題主要是由于水蒸氣冷凝之后在工件表面上附著，焊接過程中形成氫氣，與熔池相溶，進(jìn)而形成密集的氣孔缺陷。

針對(duì)氣溫影響，在焊接前以160℃溫度預(yù)熱工件，借助預(yù)熱處理將焊接區(qū)域冷凝水全部去除，降低焊接現(xiàn)場(chǎng)氫含量，對(duì)氣孔缺陷進(jìn)行有效控制。若是氣溫較低，進(jìn)行焊前預(yù)熱時(shí)，焊接現(xiàn)場(chǎng)冷凝水會(huì)在溫度不斷升高過程中，逐漸降低，保證氫含量得到進(jìn)一步控制，進(jìn)行降低氣孔缺陷。

結(jié)語(yǔ)：

綜上所述，開展橫梁管的雙面焊接作業(yè)時(shí)，在U形坡口位置極易形成氣孔與未熔合缺陷問題。未熔合缺陷主要形成原因就是工藝參數(shù)缺少合理性，局部熱量不到位?？梢酝ㄟ^降低打底層的填充量以及提高焊接層道數(shù)方法加以優(yōu)化。U形坡口應(yīng)該通過薄層打底與多道填充方法進(jìn)行焊接。對(duì)于氣孔缺陷，主要是焊前清潔工作不到位以及焊接現(xiàn)場(chǎng)溫度低等原因造成，在焊接前需要對(duì)坡口進(jìn)行清理，對(duì)層道間污物進(jìn)行有效處理，若是現(xiàn)場(chǎng)溫度較低，則需要通過預(yù)熱方法進(jìn)行處理。

參考文獻(xiàn)：

[1]李萬君， 劉大明， 王善更. 淺談高速動(dòng)車組轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的焊接變形控制方案[J]. 中國(guó)化工貿(mào)易， 2018， 10（10）：227-227.

[2]李萬君， 王善更， 孫維鵬. 淺談高速動(dòng)車組轉(zhuǎn)向架管對(duì)接結(jié)構(gòu)焊接缺陷控制[J]. 建材與裝飾， 2018.519（10）：302-302.

[3]劉大明， 李萬君， 王善更. 高速動(dòng)車組轉(zhuǎn)向架構(gòu)架焊接工藝與變形關(guān)系分析[J]. 中國(guó)化工貿(mào)易， 2018， 10（09）：208-208.