标准动车组垂向减振器座焊接工艺优化

标准动车组垂向减振器座焊接工艺优化

逄淑峰,刘鹏亮,胡保华

青岛中车四方轨道车辆有限公司  山东青岛  266000

摘要：在动车组转向架垂向减振器座生产焊接时，经常发现单边V型坡口焊缝出现未焊透、未熔合、熔深达不到工艺要求的状况。通过对此种类型结构的焊接工艺性分析研究和改进，有效的解决了动车组垂向减振器座在焊接过程中单边V 形坡口焊缝出现的未焊透、未熔合、熔深达不到工艺要求等焊接缺陷，保证了此类接头形式的焊缝焊接质量，取得了较好的效果，并推广应用。

关键词：焊接工艺  未焊透未熔合  焊接质量

引言：动车组转向架作为列车的重要部件，在列车运动和转动时会承受横向、纵向和垂向等各种复杂的力，其焊接质量的好坏决定着列车的安全性和稳定性。单边V型坡口角焊缝在动车组转向架--垂向减振器座焊接生产中十分常见，在采用MAG电弧焊中有时会出现不同程度的根部未焊透或者未熔合，导致焊缝达不到要求或焊缝存在缺陷而产生返修，如多次返修还会使得构件变形严重甚至报废。本文通过对产生的质量问题进行分析、技术攻关及工艺改善，总结出了一套行之有效的生产流程和焊接工艺措施，对后期的生产制造提供了理论指导保障。

一、垂向减振器座简介

垂向减振器座作为铁路车辆重要的减振部件，它焊接在构架的弹簧筒前后两侧部位，每个构架四件,它紧密的与垂向减振器相连，垂向减振器座的可靠性能，直接影响着车辆减振性能的可靠性，故对其质量标准要求非常严格。实验初期标准动车组小件产品中，垂向减振器座出现因为熔深浅引起的未焊透、未熔合现象，焊接工艺急需改善。

二、垂向减振器座的现状调查

垂向减震器座焊接方法为MAG焊，保护气体为80%Ar+20%CO2。

表1：焊接参数表

垂向减震器座焊接时，提吊安装座与内、外立板之间的焊缝就是单边V型坡口圆周焊缝，此焊接质量等级为CPC2级，该焊缝为3层4道焊，接头形式为T形接头，焊接位置为PA进行焊接。焊接时先焊10mm坡口，后焊10mm角焊缝。

焊后利用超声波探伤仪判定缺陷的位置，并进行剖切分析，发现的焊接缺陷以未熔合、未焊透为主，并且未焊透和未熔合的焊接缺陷在实际操作过程中均较难解决。同时，未焊透引起的应力集中远比强度降低的危害性还要大，承受交变载荷、冲击载荷、应力腐蚀或低温下工作的焊接结构，常常由此导致脆性断裂。未熔合情况不仅直接减少了设计结构的有效厚度，而且在工件的使用过程中，未熔合的边缘处很容易产生应力集中，从而很快会在其边缘处向外扩展形成裂纹，最终导致整个焊缝的开裂。

垂向减震器座的提吊安装座与内、外立板之间的圆周焊缝即为单边V型坡口焊缝，因此提升单边V型坡口的焊接质量，降低未焊透和未熔合缺陷出现的概率，并制定专项预防措施，以提升垂向减震器座单边V型坡口角焊缝焊接质量。

三、垂向减振器座出现的问题原因分析

目前采用PA位置进行焊接时每层存在4个接头，每个接头在焊后都需打磨处理，存在缺陷打磨清理不够彻底现象，易导致焊缝熔合不良。且多层多道焊时，焊接接头全部集中在四角处，如果接头处理不良、层间清理不干净，必然造成焊缝的未熔合缺陷。通过对垂向减振器座的单边V 形坡口角焊缝进行分析发现，组对间隙、定位焊、钝边、焊接参数不合适等都有可能引起未焊透问题，因此，在生产过程中必须对这些因素逐项控制，才能提高焊接质量，减少未焊透缺陷的产生。通过制作焊接试件来分析组对间隙、定位焊、钝边、焊接参数等对未焊透的影响，分析后发现，通过试件发现控制组对间隙、定位焊、钝边等只能在一定程度上减少未焊透缺陷的产生，并不能从根源上解决单边V 形坡口角焊缝未焊透的问题。

另外，坡口侧因钝边及组装间隙的制约，较小电流参数、电弧热量就可满足熔深，而非开坡口侧则需要较多的电弧热量来熔化母材保证焊缝的熔深，所以操作者在焊接过程对焊枪角度和焊接速度的控制较难把握。

综上所述,垂向减震器座的单边V型坡口圆周焊缝产生未熔合缺陷的原因为以下三点：

（1）现焊接方式产生较多焊接接头,接头清理不彻底会造成未熔合缺陷；    

（2）单边V型坡口热输入量不同，船型焊的焊接位置仅保证两侧母材热量输入相同，不能保证母材同时熔化，平焊时，焊丝易偏向某一边而另一边尚未熔化就被已熔化的金属掩盖过去形成虚焊现象；

（3）预留排气孔导致后期封堵时，焊缝无法达到根部，引起熔深不足或熔合不良。

四、 工艺优化和应用效果

1.改变焊接方式

原有焊接方式：采用人工翻转式间断焊接。需要焊接4层，每层焊接时产生4个接头，起弧、收弧次数多，起弧、收弧处缺陷需打磨去除，一但打磨去除缺陷不彻底，易造成未熔合缺陷。

改进焊接方式：将工件竖起放到焊接转胎上，采用旋转式连续焊接。

采用旋转焊接可以减少原有的接头数量，同时减少了因接头清理不当造成的未熔合缺陷。同时还能减少打磨工作量，从而提高生产效率。

2.改变焊接位置

原有焊接位置焊缝为平焊形式，两侧坡口形式不同，不开坡口侧需要大的热输入保证熔深，易产生未焊透和未熔合缺陷，开坡口侧热输入过大会导致焊漏，所以焊接时操作者需根据两侧不同的坡口形式变换焊枪角度，以使焊道两侧受热均匀。该方式操作难度较大，改变焊接位置后，将非坡口侧放置在下方，坡口侧在上方，调整成平角焊焊接。

调整成角焊焊接之后，焊接时焊枪角度呈45 °左右，且焊丝瞄准焊缝根部非坡口侧，焊接参数保持不变，非坡口侧的母材所受电弧热量相对较大，能有效增加熔深和熔合度，并且坡口侧置电弧于上方，受热相对变小，熔滴过渡时，由于电弧吹力影响，不会出现熔滴下坠现象，也会增加熔深和熔合度。

3.取消预留排气孔
    垂向减振器座为了在以后构架整体火时不会因为气体膨胀影响产品质量，该焊缝预留了排气孔，排气孔在以后的封堵时，更无法使该处焊缝根部熔深达到工艺要求，所以要取消此处排气孔。

改进焊接方式：垂向减振器座筋板一侧起弧，通过圆周焊接，直接到筋板另一侧收弧，不再需要留排气孔。

根据上述措施进行，制作了垂向减震器座焊接旋转工装。改进后未焊透和未熔合缺陷数量显著减少，探伤合格率大幅上升，并且每个垂向减震器座焊接时间从原来的2小时缩短为1小时，焊接效率提升50%，有效提升了产品的焊接质量和生产效率。
五、结论

本文对动车组垂向减震器座产生未焊透和未熔合缺陷的原因进行了分析，并提出改进措施，并进行UT探伤，通过后续跟踪统计，对比改进之前与改进之后产生的缺陷概率得出以下结论：

（1）单边V 形坡口的未焊透缺陷主要由打底焊所决定，在焊接参数、根部间隙等其他因素确定的情况下，第一层焊接时必须保证焊枪的瞄准位置是焊缝根部的非坡口侧，而不是两个母材正中间，与母材呈45°夹角；焊接参数以小电流、小电压为宜。

(2)焊接位置由原来的PA变换成PB之后降低了操作难度，有效减少了质量隐患，改善了焊接可操作性，提高了产品质量；

(3)焊接方式由间断式翻转焊接改为旋转式连续焊接焊接之后大幅减少了接头数量，降低了缺陷产生几率，提高了产品质量和生产效率，优化了焊接工艺性。
六、参考文献

[1] 中国机械工程学会焊接学会.焊接手册.北京：机械工业出版社，2007.10

[2] 宋秀山.挖掘机动臂单边V 形坡口角焊缝的焊接工艺与应用［J］.科技与创新.2014.08

[3] 陈祝年.焊接工程师手册.北京：机械工业出版社,2009.10

[4] 余学良.单边V 形坡口角焊缝埋弧焊技术［J］.焊接技术，2011

[5] 崔玉强. CO2气体保护焊中的未熔合缺陷分析［J］.山东冶金.2009.08