中车齐齐哈尔车辆有限公司 黑龙江齐齐哈尔 161002
摘要：近年来，铁路货车车型大量采用组焊箱型中梁结构。其中，中梁下盖板与枕梁下盖板的横向拼接焊缝与枕梁腹板的纵向角焊缝，形成了承受疲劳载荷的“十字交叉”全熔透焊缝，该类拼接焊缝作为主要受力焊缝，须经100%超声波无损检测。生产初期，按照传统焊法，每条下盖板拼接焊缝中均存在两个“十字交叉”盲点，难以达到全熔透的检验标准，合格率仅为50%。
关键词：铁路货车；“十字交叉”；焊接
1 质量缺陷分析
1.1“十字交叉”全熔透焊缝结构特点
以公司出口澳大利亚PN煤炭漏斗车产品为例，箱型中梁下盖板与腹板组装后，形成半封闭式箱型结构。焊缝结构如图1所示，焊缝1为枕梁下盖板与中梁下盖板全熔透对接焊缝，开V型坡口，需双面焊接；焊缝2为焊缝1与枕梁腹板角焊缝。焊缝1与焊缝2成“十字交叉”形分布，焊缝交叉点为焊接盲点。
1.2“十字交叉”全熔透焊缝结构难点
按照传统焊接工艺，该“十字交叉”全熔透焊缝焊接顺序如图2所示：焊接焊缝1坡口面焊缝（1'、2'、3'、4'、5'）→翻转180°→碳弧气刨清根→焊接焊缝1反面封底焊缝（6'）→焊接焊缝2。焊接过程中，焊缝1与焊缝2“十字交叉”盲点区域焊接操作、焊缝根部清理受结构限制，高发未焊透和未熔合缺陷。
分析未焊透和未熔合缺陷的原因：一是由于焊缝1母材板厚达到16 mm，焊接坡口面根部焊缝时，电弧可达性差，电弧很难将两道焊缝的“十字交叉”点根部熔合好，多发未熔合缺陷；二是由于焊缝1反面封底焊道，碳弧气刨清根和焊接时，受到枕梁腹板阻挡，碳弧气刨及焊接操作空间受限，无法保证操作角度，从而影响焊接质量。
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图1 焊缝结构示意图
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图2 焊接顺序示意图
2“十字交叉”全熔透焊缝盲点焊接操作方法
2.1 焊接工艺参数的选择
焊接电源采用KRⅡ-500型气体保护焊机。焊接工艺参数详见表1，焊缝的焊接电流、电压参数见表2。参数选择时，仔细分辨电弧电压、焊接电流的匹配，使熔化铁水顺利过渡到液态熔池中。
表1 焊接工艺参数表
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表2 焊接电流、电压参数表
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2.2 焊缝组装
（1）焊前清理。
为避免产生气孔等焊接缺陷，焊缝装配前应先将焊缝周围20 mm范围内的底漆、油污、水锈等清理干净，彻底打磨待焊部位，露出金属光泽。
（2）焊缝1的装配。
焊缝1板厚16 mm，采用V型坡口，坡口角度60°，装配要求如图3所示，具体要求如下：（1）母材钝边厚度为（1±1）mm，组装间隙为1～2 mm；（2）枕梁下盖与中梁下盖板错牙量应小于0.8 mm；（3）在坡口处定位焊2点，定位焊长度40 mm，需确保焊透，不能在焊缝两端部20 mm范围内定位焊，正式焊接前要将定位焊两端头修磨成约30°斜坡状，以利于接头；（4）在焊缝两端加引弧板，引弧板组装时，定位焊应尽量远离坡口处。
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图3 焊缝1装配示意图
（3）焊缝2的装配。
焊缝2的装配如图4所示。腹板板厚10 mm，开单边V型坡口，坡口面角度30°，与板厚16 mm的枕梁下盖板，装配成T型接头。焊缝2装配的关键要点是确保工件坡口根部熔合，组装时需控制腹板钝边为（1±1）mm，装配间隙为（2±1）mm。
2.3 焊接顺序
为解决“十字交叉”全熔透焊缝由于结构原因形成的焊缝1与焊缝2“十字交叉”盲点区域未焊透和未熔合缺陷，改变了传统的焊接顺序，调整后焊接顺序如图5所示：焊接焊缝2→焊接焊缝1反面封底焊缝（1'）→翻转180°→砂轮机清根→焊接焊缝1坡口面焊缝（2'、3'、4'、5'、6'）。
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图4 焊缝2装配示意图
采取这样的焊接顺序，在对焊道1'进行根部清理时，可以避免枕梁腹板阻挡，对盲点缺陷及焊道缺陷进行有效清理；在焊接焊缝1时，由于没有枕梁腹板阻挡，因此可以有足够的空间调整焊枪的操作角度，使得焊枪可达“十字交叉”焊缝的交叉点，即盲点，进而避免盲点的熔合缺陷；同样在焊接焊缝1坡口面焊缝（2'、3'、4'、5'、6'）时，也可以避免枕梁腹板阻挡，有足够的空间调整焊枪的操作角度，提高了焊接质量。
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图5 调整后焊接顺序示意图
2.4 焊接操作
（1）焊接焊缝2。
焊接焊缝2时，只需焊4条焊缝的打底焊缝，操作时焊枪夹角为45°±5°，焊枪倾角为85°±5°。4条焊缝的起弧、收弧点要确保不在“十字交叉”盲点两端各100 mm范围内，直线形操作运条，运条到“十字交叉”盲点时电弧停留时间稍长，以保证熔合效果。
（2）焊接焊缝1封底焊缝1'。
焊接封底焊缝1'时，焊枪夹角为90°±5°，焊枪倾角为85°±5°，分成4段焊接。两端焊缝分别在引弧板上起弧，中间两段焊缝起弧1和起弧2需重叠焊接长度50 mm以上，以保证焊缝接头质量。
焊缝1'要形成一道约4 mm厚的焊道，厚度太薄则清根后再焊接时易焊穿，因此运条时采用Z字形操作，电弧压紧压密，每次摆动前进幅度尽量小，运条到焊缝中间间隙处动作稍快，运条到焊缝两侧时，应将电弧熔化工件边缘2～3 mm，且稍作停留。特别注意运条到“十字交叉”盲点时电弧停留时间要稍长，看到与焊缝2完全熔合后再将电弧带到避开盲点50 mm范围外的收弧点收弧。
（3）焊接焊缝1坡口面。
将工件翻转180°，使焊缝1的坡口面置于平焊位置，用砂轮机将焊缝1的根部缺陷清理干净，尤其要注意两个“十字交叉”盲点处的清理，一定要将盲点的未熔合缺陷彻底清除再进行焊接。
焊接焊缝1坡口面时，面对焊缝，从右端向左端焊接，控制焊枪夹角为90°±5°，焊枪倾角为85°±5°。在引弧板上起弧和收弧，Z字形操作运条，运条到两侧焊缝与坡口的夹角处时稍作停留，看到电弧将夹角熔合好后再向前运条；运条到焊缝中间时动作稍快，以使焊缝表面平整。
2.5 焊缝超声波探伤检验
焊缝完成后，及时进行外观检查，确认焊缝外观合格。在焊接完24 h后，对焊缝1进行超声波探伤检查，如有缺陷需用砂轮机或碳弧气刨彻底清除后再焊接修复。合格后用火焰切割的方式割除引弧板和熄弧板。
3 结束语
通过实际焊接操作检验，采用“十字交叉”全熔透焊缝盲点焊接方法，能够有效解决焊缝中的未熔合和未焊透缺陷，使焊接质量达到工艺技术要求；提高了生产效率200%，探伤一次合格率由原来50%提升到95%。
参考文献：
[1]易冉，杨卫东，宋柳义，等．铁路货车箱型中梁加垫板V型坡口焊接工艺[J]．机车车辆工艺，2017（6）：14-16．