杭州地铁一号线Ｂ级焊缝焊接技术研究.doc

专业知识分享版 使命：加速中国职业化进程 摘　要：通过对杭州地铁一号线特殊Ｂ级焊缝工作试件的培训及实际生产过程进行分析，阐述了６０８２Ｔ６铝合金焊接过程中一系列常见问题，并提出相应解决措施，可大幅提高焊接操作者焊接技能，提升接头焊缝质量，满足杭州地铁车辆的生产需求。关键词：杭州地铁；Ｂ级焊缝；宏观形貌；显微结构　　 目前，全焊接结构铝合金车体已广泛应用于我国铁路车辆动车组制造业及城市轨道交通设备制造业。在车辆制造过程中，位于车体底架边梁与牵枕缓连接处的焊缝承受着整个车体在运行过程中的交变载荷，对焊接质量要求极高［１］。然而，由于受铝合金焊接特性影响，且各工厂焊接设备种类、应用方法各异，焊接效率并不理想，焊接质量存在着一定问题，故开展关键焊缝的技术研究非常重要。 杭州地铁铝合金车体底架枕梁与边梁分别是２０．０ｍｍ和８．０ｍｍ的铝合金型材，设计订定在枕梁部位开双５０°坡口，并采用对接焊缝方式实现其与边梁连接，如图１所示。该焊缝为Ｂ级动载焊缝，焊缝质量采用Ｘ射线探伤检验，检验要求见表１。 焊接试验用材为６０８２Ｔ６铝合金，该铝合金化学成分见表２。 结合实际焊接培训经验，对杭州地铁铝合金车体底架Ｂ级动载焊缝问题进行研究，提出解决焊接缺陷的相应手法，促使焊接操作者提高焊接技能。 １　焊接技术要求 要求每位焊接操作者需合格焊接８副（共１０副）试验板材，板材规格为３００ｍｍ×１５０ｍｍ×２０ｍｍ双面５０°坡口。板材焊接验证后，操作者仍需合格焊接１副型材方可获取上岗资质。Ｂ级焊缝接头设计及次序如图２所示。　　 用工装夹具夹紧试件，用丙酮清除油污，风动碗刷对试件焊缝区域进行打磨，清理焊缝表面的锈迹以及氧化膜。焊接方法为金属惰性气体保护焊（保护气体为７０％Ｈｅ＋３０％Ａｒ），焊接位置为水平焊接，所用焊丝为ＥＲ５３５６（ＡｌＭｇ５），直径为１．２ｍｍ，层间预热温度为７０～９０℃，采用ＳＡＦ焊机对２０＋８ＤＨＶ　ＰＡ对接焊缝进行焊接，采用ＷＰＳ所规定焊接参数对接头进行焊接。对所获对接接头进行剖面分析及射线探伤，探讨焊接过程中所遇手法问题和相应的解决措施。 ２　焊接常见缺陷探讨 培训过程表明，影响该特殊焊缝质量最主要原因为焊缝根部未熔合及焊缝内部气孔，为此，焊接操作者施焊过程中应注意以下焊接要点。 １）打底焊缝。打底焊缝施焊采用直拖法，焊接操作者应尽量保证焊枪对准焊缝根部，焊缝不允许出现未熔合孔洞。由于该焊缝为ＤＨＶ接头形式，故施焊第３道焊缝时应对坡口进行打磨清根，保证１、３焊缝间无未熔合缺陷，如图３所示。 ２）气孔。焊接过程中，由于空气湿度较大或层间未清理干净、焊接手法不当等，焊缝中极易出现气孔，如见图４所示，该缺陷是影响焊缝合格的最主要因素。当焊接热输入过大时，则焊缝区域晶粒粗大，如图５所示，焊缝力学性能也一定程度受损。 单个气孔主要存在于焊缝层间，故焊接操作者施焊前需加强对前道焊缝表面的清理，以改善层与层间的连接；同时，对于水蒸气挥发及表面画圈焊接幅度过大导致气体卷入所引起的表面成簇密集性气孔，焊接操作者焊前应采用火焰加热烘烤板材，并适当减少焊接幅度，改善焊枪倾角。 ３　试验结果分析 通过反复试验得出一组优化焊接工艺参数，见表３。图６为合格焊缝表面及侧面腐蚀形貌。所获焊接头表面宏观相片如图６ａ所示，焊缝外观粗糙度低，表面纹路细致、均匀，焊缝二侧未出现咬边现象，如图６ｂ所示，表明该道焊缝所选择焊接工艺参数恰当。３．１　显微组织分析 由该段焊缝截取试样打磨、抛光后，采用 （５ｍＬ）ＨＦ＋（２５ｍＬ）ＨＮＯ３＋（７５ｍＬ）ＨＣｌ溶液进行侵蚀，试样侵蚀后，于３０％ ＨＮＯ３水溶液中 “中和”，去除表面氧化膜。 接头焊缝区域金相形貌如图７所示。显微组织结构表明，母材与焊缝组织间存在一定差异，如图７ａ所示。焊缝区为纤维状组织，具有一定的方向性，部分区域呈紊流状，仍保留网状枝晶形貌，如图７ｂ所示。对焊缝区域组织进行成分分析发现，有ＡｌＭｇ５Ｔｉ共晶组织生成，故保证焊缝金属具有较高的强度及韧性。３．２　力学性能分析 依据ＥＮ　９１０－２００２（金属材料焊缝破坏性试验—弯曲试验）、ＥＮ　１３２０－２００２（金属材料焊缝破坏性试验—断裂试验），对上述参数所获试件接头进行力学测试，其结果满足产品技术要求，见表３。 ４　结语 在对铝合金焊接缺陷分析的基础上提出了系统解决方案，并通过反复试验得出优化的工艺参数，施焊所获焊缝接头能满足设计要求，可作为编制产品焊接工艺的依据。