货车储风缸纵缝的气体保护焊

摘要　采用气体保护焊对货车用储风缸的纵缝进行焊接,通过反复调试,研究了影响焊接质量的各种因素。结果表明:采用合理的、匹配的焊接参数,科学地使用摆动等焊接方法,能够获得内在和外观质量都很好的焊缝。
关键词: 　气体保护焊　储风缸　工艺参数

0 　前　　言
储风缸是货车风制动系统的重要部件, 主要由风缸体和两个端盖组焊而成,如图1 所示。如果在列车运行过程中焊缝发生泄漏将会危及行车安全,所以对储风缸的焊接质量要求非常严格,尤其是纵缝的焊接必须焊透,焊后需逐个进行900kPa 的水压试验和600kPa的气密性试验,各保压5min不得泄露。

纵缝的焊接形式原采取埋弧焊进行焊接,但工件的装夹定位、焊缝双面药皮清除、焊剂填充回收过滤等人工操作,大大影响了工作效率且不利于实现自动化。随着世界铁路运输的高速发展,储风缸在结构形式、气体容量上,特别是在材质上,将更加多样化,为了实现自动焊接,提高效率和一定产品适应性,决定采用气体保护焊方法焊接。
1 　焊接工艺

1.1 焊接材料与设备

风缸体的材料为Q235-A,厚度为4mm。配套焊丝的牌号为H08Mn2SiA。经过反复试验,选用φ<1.2mm焊丝。
焊接设备采用是唐山松下公司生产的AC500 微电脑波形控制焊接电源 ,此焊接电源的特点是能够通过微电脑在液晶界面对焊接电源的各种焊接工艺参数进行控制,易实现焊接自动化控制。由于此焊缝要求单面焊双面成形,焊接电流较大,故采用循环水冷焊枪提高导电嘴和喷嘴的寿命。

1.2 　焊接工装

焊接工装如图2所示。主要由基座、芯轴、琴键夹具、纵向轨道及调整装置等部分构成。琴键夹具为左右对称的两套,可分别对焊缝的两侧施加压力。夹具安装在机座上,夹紧装置是压缩空气通往气囊,气囊膨胀压向杠杆机构,使压指端产生压力,夹紧装置可分别控制左右两侧夹紧或松开,指间距可调。芯轴为一空心圆柱体,上面镶有铜质衬垫,与琴键式压指一起对焊件进行夹紧固定。衬垫中间有凹形槽,槽中每隔50mm钻有φ <0.8mm气孔,焊接不锈钢或铝合金时用来输出保护气体,保证背面焊缝不被氧化。芯轴上的衬垫高度可调,可按照焊件的厚度进行调整。芯轴可以沿风缸轴线方向移动,当风缸升起后,芯轴插入缸体内,与托架连接并锁紧后施焊。铜质衬垫有循环水冷却便于导热,减少工件变形。


1.3 　工件准备

风缸体在经过滚圆后,如果产生过大的错边量,将会减小实际焊接的厚度,产生焊穿的现象,从而造成废品。因此,在组焊前利用组对工装进行规圆,以保证错边量在1mm以内。

1.4 　焊接参数

焊接参数主要包括焊接电流、电弧电压、焊接速度、保护气体比例、气体流量以及焊丝伸出长度等。

(1) 焊接电流。焊接电流过大,飞溅明显增大,熔池的尺寸增大、温度较高,焊缝成形粗糙。电流过小,易出现未焊透现象。相比之下,采用240A 焊接电流时,焊接工艺性比较好。


(2) 电弧电压。随着电弧电压增大,电弧长度变长,熔滴尺寸增大,电弧的飘移加剧 电弧的稳定性变差,飞溅增多,有很多熔滴进不了熔池,熔池的形状难以控制,焊缝成形不好。*选择的电弧电压为26V。

(3) 焊接速度。焊接速度过快,除焊缝成形粗细不匀外,还存在未焊透的现象,并且,也影响气体保护效果; 焊接速度过慢,不能保证工作效率,同时出现焊缝过高过宽或焊穿的现象。经过反复调试 确定 30m/h为*焊接速度。

(4) 焊丝伸出长度。焊丝的伸出长度主要影响焊接电弧、飞溅,进而影响到焊缝成形。焊丝伸出长度太长时,焊丝的挺度变低,电弧的活动飘移加剧,电弧的稳定性变差,熔滴的排斥严重,过渡困难,飞溅也明显增加,焊缝成形不好;同时,气体的保护效果变差,严重影响焊接质量。焊丝伸出长度过短时,飞溅易堵塞喷嘴,影响气体保护效果。*确定的焊丝伸出长度为11mm。

(5) 保护气体比例。采用Ar+10%CO2 混合气体。

(6) 保护气体流量。保护气体流量过小,保护气体不能起到隔绝空气保护熔池不被大气氧化的作用,从而影响焊接质量;焊接气体流量过大,使气体冲击熔池表面,影响焊缝的成形,并且提高了焊接成本,所以,在不影响焊接质量的前提下,尽量减小保护气体流量。最终,确定的气体流量是18L/min。

2 　存在问题及解决措施

2.1 　气孔问题

由于气体保护焊对锈蚀、油污、水等杂物比较敏感,易产生气孔等焊接缺陷,所以风缸体在组焊前必须进行酸洗处理,去除坡口及两侧的污物。在此工装运行一段时间之后,在一固定段出现气孔,经检查,是由于气囊被压在琴键与工装上平面之间,使气囊反复被折压,产生泄露,泄露的气体将焊接保护气体氛围破坏所致。对于这种状况,首先在气囊中间增加自行车内带,以保证气体的密封,但运行一段时间之后,仍有泄露现象发生。我们又经过仔细研究,认为气囊泄露的根本原因是气囊活动空间太小,造成气囊折叠,反复使用后,由折痕逐渐发展成裂纹,产生气体泄露。而此时,如果改变工装尺寸,涉及相关问题很多,所以我们用直径较小的气囊代替原气囊,实践证明,效果良好。

最初采用Ar+(18%～22% CO2) 混合气体,虽能保证焊接质量,但焊缝表面发暗,飞溅也较大,焊缝成形不是十分理想,然后对混合气体中的 Ar 和 CO2 的配比进行了调整,提高了混合气体中Ar的比例,采用Ar+10%CO2混合气 ,提高了外观质量。

2.2 　飞　　溅
虽然采取了以上措施,但焊缝附近仍不可避免地有微量飞溅,为了便于清理,在焊前喷防飞溅剂,焊后用风刷打磨。

2.3 　端部未熔透及弧坑

在储风缸的试制过程中,还出现过焊缝起始段 20～30mm有未焊透的现象,这主要是由于焊接起始段的母材没有预热,使熔池未熔到母材背面焊枪便向前移动而使熔池冷却。因此,我们经过摸索,设置了1s的引弧时间。同时,焊缝尾部有弧坑,设置2s的收弧时间。

2.4 　余高较大

JB/T7949 —1999 钢结构焊缝外形尺寸中规定,气体保护焊 I型焊缝余高为 0～3mm,而实际焊缝余高为 3～4mm,经过试验,增加了焊枪摆动功能,摆幅为2mm、摆动频率为120 次/min,焊后余高为2mm,效果良好。

3 　结　　论
针对以上问题相应采取了措施,施焊完毕后,对焊缝进行检查,焊缝外观成形良好,并用电弧气刨对焊接部位进行了破坏性检测,未发现任何焊接缺陷。按TB/T1900 —1995 铁道车辆用储风缸通用技术条件要求,逐个进行风水压试验 ,未发生渗漏