端部底架枕梁焊接工藝及質(zhì)量控制

李吉海 孫雪菲 高常龍

中車四方車輛有限公司 山東青島 266000

斯里蘭卡客車，在底架枕梁組成的焊接施工過程中，由于底架枕梁結(jié)構(gòu)復(fù)雜，焊接量大，極易出現(xiàn)焊接變形、焊縫中存在未熔合、氣孔超標(biāo)等質(zhì)量問題。枕梁是由多個(gè)零部件組焊而成，如果枕梁的空間內(nèi)部出現(xiàn)焊接缺陷將很難進(jìn)行返修，如果多次返工不合格，將使整個(gè)枕梁報(bào)廢，所以要求枕梁的各條焊縫一次焊接合格，需要采取合適的焊接工藝措施保證底架枕梁結(jié)構(gòu)的幾何尺寸、焊接及外觀質(zhì)量[1]。

1 產(chǎn)生缺陷的原因及解決措施

1.1 枕梁焊接變形

由于枕梁組焊過程中熱輸入量較大，所以焊接收縮量較大，因此，可以從下料之初就對(duì)焊接進(jìn)行提前控制，根據(jù)焊接后的變形量從下料加工對(duì)單件尺寸進(jìn)行控制，但是單件的橫向尺寸、縱向尺寸經(jīng)過放量又容易導(dǎo)致整體裝配尺寸出現(xiàn)偏差，極端情況下甚至?xí)?dǎo)致不能安裝的情況。因此在實(shí)際操作過程中，上、下蓋板、腹板的尺寸放量必須經(jīng)過精細(xì)計(jì)算，以防止出現(xiàn)難以裝配的情況。為了有效避免焊接造成的變形情況，對(duì)腹板與筋板、筋板與筋板的焊縫，進(jìn)行電弧焊，焊接時(shí)要在縱向中心線兩側(cè)進(jìn)行對(duì)稱焊接，焊接中要通過旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)胎臺(tái)面，使每到焊縫均在PB狀態(tài)進(jìn)行焊接。而在具體焊接過程中，枕梁腹板與下蓋板焊縫間隙可以控制在0-1mm，焊接間隙通過焊接工裝夾具進(jìn)行控制，除了保持焊縫間隙的準(zhǔn)確外，還要保證工件焊接過程中平穩(wěn)、可靠。焊接工裝夾具夾緊力要足夠，以有效對(duì)抗焊接過程中的焊接變形，滿足整個(gè)結(jié)構(gòu)的尺寸符合設(shè)計(jì)要求[2]。

在枕梁?jiǎn)渭M(jìn)行組焊裝配過程中，采用了反變形和工藝梁支撐對(duì)焊接變形進(jìn)行進(jìn)一步控制，根據(jù)下料單件尺寸，首先確定工件一側(cè)在焊接工裝上的尺寸，接下來根據(jù)圖紙要求確定筋板位置，這樣就確定了筋板的左右定位尺寸，并在筋板兩個(gè)側(cè)面加上工藝支撐，工藝支撐應(yīng)盡量與筋板尺寸相近，以最大限度減少焊接過程中的收縮變形。枕梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體定位后，在焊縫中間位置放置2mm厚的反變形塊，接下來操作整個(gè)工裝的定位壓緊裝置，確保各個(gè)部位完全壓緊。焊接時(shí)，由于單個(gè)方向焊接更易導(dǎo)致焊接變形，因此采用兩名焊工在兩側(cè)同時(shí)對(duì)稱焊接。

通過對(duì)單件進(jìn)行工藝放量和對(duì)較大焊接部件預(yù)制反變形控制及對(duì)稱焊接等方法，焊接變形得到了很好的抑制，經(jīng)過測(cè)量，整體表面平直度有效控制在了1-3mm，完全符合圖紙的平面度要求。經(jīng)過此次實(shí)踐，充分證實(shí)了采用上述三種工藝改善方法，枕梁的平面度相比于改善前取得了很大的提高，并降低了后續(xù)的調(diào)修，整個(gè)車體底架枕梁的焊接制造水平取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。

1.2 焊縫未熔合

由于焊工操作方法不當(dāng)使得焊接速度不穩(wěn)定、停留時(shí)間不足、焊槍角度不正確及焊縫區(qū)表面存在氧化膜或銹皮等原因，枕梁上、下蓋板與腹板焊縫在切割取樣后發(fā)現(xiàn)，多層焊縫層間極易出現(xiàn)未熔合的現(xiàn)象。除此以外，焊縫根部咬邊等缺陷也對(duì)焊接質(zhì)量產(chǎn)生了極大的影響。

焊縫未熔合及咬邊主要由以下幾方面原因造成：①焊接速度不穩(wěn)定、停留時(shí)間不足、焊槍角度不正確等，焊縫區(qū)表面存在氧化膜或銹皮也有一定的關(guān)系。②操作人員不能精確掌握焊接參數(shù)，此外焊接設(shè)備使用的熟練度也有待提高，特別是進(jìn)行焊接作業(yè)時(shí)，不同焊接接頭的熔滴受重力影響難以對(duì)熔覆過程進(jìn)行準(zhǔn)確把握。③焊接過程中應(yīng)適當(dāng)進(jìn)行焊條擺動(dòng)，以促使焊縫得到有效填充，但是實(shí)際操作過程中，出現(xiàn)了擺動(dòng)幅度偏小的情況，造成了焊縫未熔合的現(xiàn)象發(fā)生。④部分焊縫由于只能在平焊位置（PA）進(jìn)行焊接，而受限于工裝設(shè)備，并不能對(duì)該方向進(jìn)行調(diào)整，這就導(dǎo)致在焊接圓弧位置時(shí)只能調(diào)整手中焊槍的運(yùn)行軌跡和角度后進(jìn)行焊接，因此圓弧部位的焊縫出現(xiàn)了焊接不均勻的問題，由此而引發(fā)未熔合現(xiàn)象[3]。

解決措施：在圓弧處焊接時(shí)減慢焊接速度、增加熔池邊緣的停留時(shí)間并改變焊槍角度使電弧力推動(dòng)金屬流動(dòng)，減小電弧擺動(dòng)以減小焊接熔池。同時(shí)養(yǎng)成良好的焊接操作習(xí)慣，在焊接之前清理全部坡口面和焊縫區(qū)表面上的軋制氧化皮和雜質(zhì)，做到表面清理及時(shí)。工藝上，確保層間焊縫、打底焊縫得到了充分的打磨，并對(duì)焊接車間的溫度、濕度及風(fēng)速進(jìn)行嚴(yán)格管控，對(duì)焊工進(jìn)行培訓(xùn)，確保焊接過程中焊條擺動(dòng)合理，這樣一次探傷合格率由之前的90%提升到了97.5%。

1.3 調(diào)修

焊接工藝的改進(jìn)及焊接技能的提升有效減少了各種焊接缺陷的發(fā)生，除此以外，枕梁的整體變形情況得到了很大的改善。但是較大工件的焊接變形及后續(xù)裝配仍不可忽視。為了進(jìn)一步提高枕梁焊接平面度，提高枕梁的整體尺寸精度及質(zhì)量，需要采用焊后調(diào)修的方式對(duì)枕梁進(jìn)行進(jìn)一步的處理。

調(diào)修的首要工作是確定調(diào)修部位，其次是確定調(diào)修量，因此在枕梁焊接完成后，采用水平尺對(duì)枕梁的上下表面進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)需要調(diào)修的部位進(jìn)行標(biāo)記，并確定調(diào)修量。由于枕梁尺寸大，材料厚，因此大變形的部位在調(diào)修的過程中并不能單純使用火焰或者機(jī)械調(diào)修的方式進(jìn)行調(diào)修作業(yè)。針對(duì)發(fā)生小變形的部位，采用火焰加熱的方式，使加熱溫度控制在600-700°C以內(nèi)進(jìn)行調(diào)修。針對(duì)發(fā)生大變形的部位，調(diào)修選擇機(jī)械調(diào)修與火焰調(diào)修混合的方式。經(jīng)過調(diào)修厚，枕梁寬度方向的變形量應(yīng)控制在≤3mm/3m，這樣才能確保車體的枕梁與底架可以按照?qǐng)D紙裝配要求進(jìn)行組裝。

通過實(shí)施以上調(diào)修方案，枕梁上下表面的平面度誤差控制在3mm/3m以內(nèi)，為枕梁尺寸精度和平面度提供了保障[4]。

2 結(jié)語(yǔ)

斯里蘭卡端部底架枕梁組焊采用了上述的組裝工藝和焊接工藝，大部件的焊接變形以及焊縫缺陷得到了有效控制。同時(shí)降低了焊接人員勞動(dòng)時(shí)間，勞動(dòng)強(qiáng)度和生產(chǎn)成本也得到了更好的控制。