斯太爾橋殼高度變化的長縱埋弧焊縫氣孔研究

楊衛(wèi)鐵，王永強(qiáng)，張軍峰，權(quán)建華

1.河南衛(wèi)華重型機(jī)械股份有限公司 河南新鄉(xiāng) 453400

2. 陜西漢德車橋有限公司 陜西寶雞 721000

1 序言

目前，斯太爾車橋是重型載貨汽車最常用的一種系列產(chǎn)品。斯太爾車橋橋殼一般包括鑄造橋殼和沖壓與焊接橋殼（以下簡稱“沖焊橋殼”）。沖焊橋殼由兩個半橋殼組成，其制造工藝是：首先采用16mm厚Q355B板材通過熱沖壓方式制成半橋殼，然后采用埋弧焊或機(jī)器人焊接長縱焊縫，將兩個半橋殼拼焊成一個整體橋殼。

相比于機(jī)器人焊接，埋弧焊因其熔覆率和焊接效率高，所以仍是目前使用最多的一種焊接方式。但由于其自動化程度較低，針對斯太爾沖焊橋殼在長度方向上高度變化的坡口，無法做到隨機(jī)調(diào)整焊接參數(shù)，故易出現(xiàn)蜂窩狀氣孔等焊接缺陷。為此，本文研究了埋弧焊蜂窩狀氣孔產(chǎn)生的原因，并提出了解決方案，對實(shí)際生產(chǎn)具有重要的指導(dǎo)意義。

2 焊接工況及焊縫要求

（1）沖焊橋殼結(jié)構(gòu)及坡口形式 沖焊橋殼由2個沖壓而成的半橋殼拼焊而成，焊接坡口角度為45°，鈍邊為3~5mm。在長度方向上，從橋殼端部到橋包處坡口呈高低起伏變化，從端部圓管到中部方管有約5.5mm的變化量，從方管到橋包有約18.5mm的變化量，如圖1、圖2所示。

（2）坡口加工方式 坡口采用銑床（盤式銑刀）加工，根據(jù)銑床結(jié)構(gòu)，一般可多件同時加工，加工效率高，加工面潔凈，無油漬、銹蝕，如圖3所示。

（3）焊接設(shè)備 采用數(shù)字式伊薩埋弧焊機(jī)，可根據(jù)坡口高度調(diào)整焊槍到坡口的距離，焊接時當(dāng)焊槍運(yùn)行至高度變化處時，系統(tǒng)自動調(diào)整焊槍高度，從而保證干伸長在工藝要求的范圍內(nèi)。

（4）焊接參數(shù) 沖焊橋殼拼焊采用常規(guī)焊接參數(shù)，具體見表1。

圖1 橋殼

圖2 半橋殼工程圖

表1 沖焊橋殼拼焊焊接參數(shù)

圖3 坡口加工

3 氣孔形成位置及形狀

焊接前首先將兩個半橋殼吊至夾具內(nèi)，調(diào)整好位置后起動液壓裝置進(jìn)行夾緊，其次采用鋼絲刷清理坡口，保證無銹蝕、油漬等雜質(zhì)，最后起動焊機(jī)進(jìn)行焊接。

焊接完成后，在焊縫表面正常情況下，無法直接觀察到氣孔，需采用碳弧氣刨將焊縫刨開，才能發(fā)現(xiàn)氣孔，嚴(yán)重時會生長到焊縫表面。該氣孔一般為蜂窩狀，輕微時也可呈不定點(diǎn)單個分布，且該類型氣孔由下向上呈柱狀生長，如圖4所示。

圖4 焊縫氣孔特點(diǎn)

4 氣孔形成原因分析

焊接坡口由銑床加工而成，無銹蝕、油漬，顯然氣孔形成原因與坡口表面清潔度無關(guān)；因?yàn)樵摎饪子上孪蛏铣手鶢钌L，說明氣孔最先在坡口根部形成[1]；同時由于橋殼沖壓和坡口銑削精度的原因，導(dǎo)致部分位置鈍邊完全被加工掉，所以工件夾緊后根部露出較大縫隙，經(jīng)觀察鈍邊被銑削掉的部位氣孔更加密集。

由上述分析可知，由于坡口部分位置存在縫隙（見圖5），焊接時因空氣擾動在熔池底部形成紊流，最終導(dǎo)致氣孔在根部形成。

圖5 坡口根部縫隙

5 氣孔控制措施

通過上述對氣孔產(chǎn)生原因的分析，同時根據(jù)現(xiàn)有工況條件，從以下兩個方面改進(jìn)來控制氣孔的產(chǎn)生。

（1）控制坡口根部間隙，消除空氣擾動根源 目前，斯太爾沖焊橋殼一般采用熱壓模具，因?yàn)槌Ｒ姛釅耗＞卟牧系臒嵊残云毡檩^差，所以導(dǎo)致沖壓橋殼外形精度較差，在銑削坡口時鈍邊不均勻，部分位置坡口完全被加工掉，工件夾緊時出現(xiàn)較大縫隙。為解決此問題，將鈍邊工藝要求更改為5~8mm，實(shí)際加工后，鈍邊尺寸為2~9mm，工件夾緊后坡口根部無縫隙。

（2）根據(jù)鈍邊尺寸變化，增大焊接電流和電弧電壓 由于鈍邊增加，需增加焊接電流和電弧電壓以保證焊縫熔深；同時增加焊接電流和電弧電壓后，電弧可以直接到達(dá)坡口根部，使熔融更加充分，可以有效地降低根部焊接缺陷的產(chǎn)生[2]。經(jīng)驗(yàn)證，通過采用上述控制措施，焊縫刨開后光滑無氣孔，如圖6所示。

圖6 無氣孔焊縫

6 結(jié)束語

本文通過對斯太爾沖焊橋殼長縱埋弧焊縫氣孔形態(tài)特征和形成原因的分析，為實(shí)際生產(chǎn)中類似焊接缺陷的類型及產(chǎn)生原因提供了一種分析思路。同時，根據(jù)氣孔的形成原因提出了控制措施，并得到生產(chǎn)驗(yàn)證，為基于目前常規(guī)工況下類似問題的解決提供了方法。

1）斯太爾沖焊橋殼長縱焊縫埋弧焊時，若坡口根部存在縫隙，在熔池底部易形成紊流，導(dǎo)致氣孔在根部形成，嚴(yán)重時氣孔呈蜂窩狀，從根部一直生長至焊縫表面。

2）基于目前常規(guī)工況，可采用增加鈍邊尺寸的方式防止坡口出現(xiàn)縫隙，同時增大焊接電流和電弧電壓，在保證熔深的同時，電弧可到達(dá)坡口根部，使熔池底部充分熔融，可有效地降低根部焊接缺陷的產(chǎn)生。