門角焊接工藝論文
時間:2022-05-11 11:25:20
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1.門角焊接過程中存在的問題
第一,門角焊縫的設計性能等級高,但是其結構形式不僅使得門角焊縫處應力集中,而且存在交叉焊縫,焊接過程中由于過大的應力集中,容易出現焊接裂紋,嚴重降低焊縫質量。第二,門角焊縫為HV坡口形式,55°的坡口,坡口清理工作困難,打底焊時如果清理不干凈,很容易產生未焊透和未熔合缺陷。上門角與車頂邊梁的焊縫為PD(仰角焊)焊接位置,焊工操作難度大,焊接質量難以保證;下門角與底架邊梁內側焊縫焊接時,焊縫在地板平面上,焊工蹲在地板上焊接,難以觀察焊接熔池,這些因素都增加了焊縫缺陷的產生。第三,門角設計結構復雜,焊縫存在90°拐角,由于坡口深度較大,導致焊縫金屬在拐角處難以填滿,需要點焊添加焊縫金屬,使得焊縫表面成形不美觀,同時容易產生焊瘤、裂紋等缺陷。
2.門角焊接工藝制定
(1)門角焊接環境要求
鋁合金材料焊接過程中,要求環境溫度≥10℃,相對濕度≤60%,而且應在防風、防雨的室內進行焊接。門角是車體結構中的重要組成部分,它的焊接質量關系到整車的焊接性能,應盡量在滿足條件的環境中焊接。在門角焊接時,應特別注意濕度的影響,每次焊接前測量環境的相對濕度,如果濕度值超出焊接要求,應進行焊前的工作試件試驗,經過檢測合格,確定濕度對焊縫質量的影響在可以接受的范圍內時,再進行門角的焊接。
(2)門角焊縫坡口準備及清理
門角焊縫為(10+8)mm的HV坡口形式,10mm厚的板上開55°坡口,焊接間隙2~3mm,即墊板伸出長度2~3mm。裝配時保證焊縫間隙,可以提高焊槍的可達性,減少焊接裂紋和根部焊縫未熔合等缺陷。焊縫裝配好后,應使用丙酮清理焊縫坡口及其周邊20mm范圍內區域,去除鋁合金表面的油污、灰塵等雜質,避免焊接缺陷的產生。鋁合金表面有一層致密的氧化膜,它可以吸收水分,焊接時容易產生氫氣孔,需要去除。氧化膜去除時,為避免工具被油污污染,先使用丙酮擦拭鋁合金表面,然后用鋼絲刷打磨,嚴禁使用砂輪片打磨。因為使用砂輪片打磨不僅不能去除氧化膜,反而會將氧化膜帶進母材金屬,增加了焊接時氣孔、夾渣等缺陷產生的幾率。如果使用硬砂輪片打磨,還會讓其他雜質如硫元素進入焊縫,從而導致焊接熱裂紋。另外,鋁合金表面氧化膜形成的速度很快,焊縫坡口清理完成后,應立即進行焊接,防止打磨過的焊縫再次氧化。
(3)門角焊縫組裝要求
門角在總成焊接時,已經和側墻立柱焊在一起,與側墻模塊以整體的形式到總成臺位上進行焊接。門角焊縫為HV形式的角接接頭,由于采用這種接頭形式,電弧不易穿透焊縫根部,常常將氧化膜留在焊縫中,造成未焊透、夾渣等焊接缺陷,所以門角焊縫對組裝的要求很高,必須按照焊接工藝卡片中的要求,保證合理的焊接間隙,使根部焊道焊透。調整并測量好側墻模塊的組裝尺寸和門角焊接間隙后,使用總成工裝上的夾緊定位裝置對部件進行固定。側墻模塊與底架邊梁和車頂邊梁為插接形式,由于底架和車頂都會預置一定的撓度,來保證總成時的組裝要求,所以側墻模塊上還需使用下拉裝置,車頂上采用拉緊帶對側墻與底架和車頂邊梁組裝的間隙進行調整,保證門角焊縫的間隙在2~3mm。門角的正確組裝,還關系到后面門封條與門角及邊梁的正確組裝精度,所以要嚴格要求,確保準確的組裝。車體各部件組裝工作全部完成后,要對各焊接部位進行定位焊固定,保證焊縫位置和焊縫間隙,門角定位焊形式如圖2所示。
(4)門角焊接順序
合理的焊接順序能夠減少焊接變形,有效防止焊接裂紋。門角焊接時,先焊門角與底架邊梁外側的焊縫,再焊內側焊縫。由于焊前門角已經與側墻立柱焊接在一起,總成時立柱與底架邊梁也需要焊接,而且接頭形式與門角和底架邊梁的一樣,所以可以將兩條焊縫作為一條進行焊接,從而減少焊接缺陷和提高作業效率。門角與底架邊梁的焊縫分為四層完成焊接,先進行打底焊,從中間向兩邊焊接,收弧點不要停在交叉焊縫上,接著完成填充層和蓋面層的焊接。需要注意的是,填充層和蓋面層焊接時,應嚴格控制焊縫層間溫度,做好層間焊縫清理,接頭處應進行修理,圓滑過渡,減小焊縫應力集中和焊接缺陷。外側焊縫完成后,進行內側焊縫的焊接。門角與車頂邊梁的焊接過程同與底架邊梁焊接,只是焊接位置為PD,焊接時注意控制焊槍角度和弧長,減少焊接缺陷。
(5)門角焊接預熱及層間溫度控制
鋁合金焊接時,當板厚達到8mm以上時,需要進行焊前預熱。預熱時間對鋁合金強度的影響很大,生產過程中,要嚴格控制預熱時間,一般采用快速集中的熱源進行預熱,如丙烷火焰預熱。由于鋁合金的熱導率較大,所以預熱溫度應控制在70~90℃之間,不要超過120℃,層間溫度控制在100℃以下。如果預熱溫度過高,除了焊工的作業環境惡劣以外,還有可能對鋁合金的合金性能造成影響,出現接頭軟化現象,形成不好的焊縫外觀。另外,層間溫度過高,也會使焊縫產生熱裂紋的幾率增加。
(6)選擇合適焊接參數
影響鋁合金焊接的主要參數是焊接熱輸入,因為鋁合金的導熱系數是鋼的3倍多,散熱很快,在相同的焊接速度下,需要比焊接鋼材更大的焊接熱輸入量。如果熱輸入量不足,會導致熔深不夠、未熔合及焊接裂紋等缺陷。焊接時采用左焊法,焊槍角度控制在80°~90°之間,焊槍角度過大時,保護氣體會不充分,造成氣孔和裂紋缺陷;過小時,電弧推力將鋁液吹到熔池前端,使得電弧不能直接作用于母材金屬,有可能造成未熔合缺陷。另外,在仰焊(PD)時,由于液態鋁的表面張力很小,焊接熔池容易出現“下沉”現象,造成焊縫成形不好。為了避免這一現象,仰焊時盡量采用短弧焊接,壓低電弧,獲得窄而小的焊縫,同時要提高焊接速度,防止燒穿現象,正常的焊縫如圖4所示。合理的焊接參數如附表所示。
3.結語
蘇州地鐵一號線車體總成門角焊縫由于設計性能等級高、焊接位置差等因素而成為總成焊接的一大難點,事實證明生產中通過合理控制焊接環境、焊前準備、組裝要求、焊接順序及焊接參數等關鍵因素,可以避免門角焊接過程中經常出現的各種缺陷,保證了焊接質量。在對門角工作試件的接頭宏觀金相觀察圖3PD位置,焊縫金屬“下沉”現象圖4PD位置,采用短弧、快速焊接的焊縫時,沒有發現焊接裂紋、氣孔、未焊透等缺陷,焊縫熔合良好,達到了要求的焊接質量。
作者:史曉東單位:南京南車浦鎮城軌車輛有限責任公司
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