CN104759739A - 一种铁路车辆箱型梁复合焊接工艺 - Google Patents

一种铁路车辆箱型梁复合焊接工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种铁路车辆箱型梁复合焊接工艺。本发明将埋弧焊与气体保护焊结合应用，并严格分步骤进行多次焊接，在有效控制焊接热输入、保证母材冲击功等力学性能满足要求的前提下，能够得到更大的熔深，更容易通过焊缝内部缺欠无损检测。本发明方法可以达到箱型梁腹板与下盖板之间焊缝的全熔透要求，并且通过高效率的埋弧焊减少了作业时间，淘汰了腹板与盖板间内外侧焊缝使用不稳定的气体保护焊，射线或超声波检测一次通过率达到95％；焊接箱型梁结构稳定，符合结构、强度等要求。

Description

一种铁路车辆箱型梁复合焊接工艺
技术领域
本发明涉及一种焊接工艺，尤其涉及一种铁路车辆箱型梁复合焊接工艺。
背景技术
熔化极活性气体保护焊是目前常用的焊接工艺方法，以惰性气体与氧化性气体(O2,CO2)混合气为保护气体时，或以CO2气体或CO2+O2混合气为保护气时，统称为熔化极活性气体保护电弧焊，在国际上简称为MAG焊。熔化极活性气体保护电弧焊可适用于大部分主要金属，包括碳钢、合金钢。熔化极惰性气体保护焊适用于不锈钢、铝、镁、铜、钛、锆及镍合金。其特点是显著提高电弧稳定性，熔滴细化，过渡频率增加，飞溅大大减少，飞溅率为1％-3％，采用射流过渡时几乎无飞溅，焊缝成形美观。此外，采用混合气体保护还可以改善熔深形状，未焊透和裂纹等缺陷大大减少，并能提高焊缝金属的性，减少焊后清理工作量，节能降耗，改善操作环境。
埋弧焊包括埋弧堆焊及电渣堆焊等，是利用焊剂层下燃烧的电弧的热量熔化焊丝、焊剂和母材而形成焊缝的一种电弧焊焊接方法。其焊接质量稳定、焊接生产率高、无弧光及烟尘很少等优点。
随着近年来高速重载铁路货车不断发展，越来越多的货车中梁钢结构和摇枕、侧架采用箱型结构，且由于载重吨位较高，箱型梁受力比较复杂，对箱型结构焊缝提出了更严格的要求。因此，需要改进现有箱型结构焊接固定方法工艺，进一步提高焊接质量。
发明内容
本发明根据现有技术不足公开了一种铁路车辆箱型梁复合焊接工艺。本发明要解决的问题是提供一种通过焊接方法选择、焊接条件选择、焊接材料选择、焊接工艺参数的设计和焊接质量检测实现车辆箱型梁安全、高效、高质量焊接的方法。
本发明通过以下技术方案实现：
铁路车辆箱型梁复合焊接工艺，所述箱型梁包括通过焊接连接的上盖板、下盖板与两侧腹板，其特征在于包括以下工艺：
(1)箱型梁腹板与下盖板为双面角接焊接，坡口为双面坡口，坡口角度为45°～55°，钝边为1～2mm，坡口高度内侧大于外侧，比例为7:5；箱型梁腹板与上盖板为单面角接焊接；一般仅要求焊接腹板与上盖板的外侧焊缝，可不加工坡口。
(2)当环境温度低于5℃时，对待焊件进行预热，预热温度100℃～150℃，预热宽度为焊缝两侧各100mm；
(3)焊接过程中，层间温度控制在150℃～200℃；
(4)上盖板、下盖板与两侧腹板外侧焊接采用埋弧焊，下盖板与两侧腹板内侧焊接采用气体保护焊。
所述工艺焊接过程包括以下步骤：
首先分别进行下盖板与两侧腹板内侧焊接，焊接条件：使用80％Ar+20％CO2保护气、SJ101焊剂、焊丝，各侧焊缝均通过两层焊道焊接，第一层焊接电流230～250A，焊接电压24～26V，焊接速度25～30cm/min；第二层焊接电流280～290A，焊接电压28～30V，速度24～29cm/min；
第二分别进行下盖板与两侧腹板外侧焊接，焊接条件：各侧均采用埋弧焊，焊接电流600～650A，焊接电压30～34，焊接速度45～55cm/min；
第三分别进行上盖板与两侧腹板外侧焊接，焊接条件：各侧均采用埋弧焊，焊接电流720～780A，焊接电压30～34，焊接速度75～80cm/min。
所述埋弧焊焊丝按重量百分比包括以下组分：C：≤0.12％，Mn：1.0～2.0％，Si：≤0.35％，P：≤0.025％，S：≤0.02％，Ni：0.2～0.8％，Cr：0.3～0.9％，Cu：0.2～0.50％，其余为铁及不可避免的杂质。
所述埋弧焊焊丝抗拉强度≥550MPa，屈服强度≥450MPa，伸长率≥22％，-40℃下的冲击功≥60J，焊丝直径Φ4.0mm。
所述气体保护焊焊丝按重量百分比包括以下组分：C：≤0.10％，Mn：1.2～1.6％，Si：≤0.6％，P：≤0.025％，S：≤0.02％，Ni：0.2～0.6％，Cr：0.3～0.9％，Cu：0.2～0.50％，其余为铁及不可避免的杂质。
所述气体保护焊焊丝抗拉强度≥550MPa，屈服强度≥450MPa，伸长率≥22％，-40℃下的冲击功≥60J，焊丝直径Φ1.2mm。
本发明有益性：本发明将埋弧焊与气体保护焊结合应用，并严格分步骤进行多次焊接，在有效控制焊接热输入、保证母材冲击功等力学性能满足要求的前提下，能够得到更大的熔深，更容易通过焊缝内部缺欠无损检测。本发明方法可以达到箱型梁腹板与下盖板之间焊缝的全熔透要求，并且通过高效率的埋弧焊减少了作业时间，淘汰了腹板与盖板间内外侧焊缝使用不稳定的气体保护焊，射线或超声波检测一次通过率达到95％；焊接箱型梁结构稳定，符合结构、强度等要求。
附图说明
图1是本发明箱型梁腹板坡口示意图；
图2是本发明焊接顺序示意图；
图3为箱型梁局部焊接接头宏观金相图；
图4为焊接工艺评定用对接试板形式；
图5为焊接工艺评定用对接试板焊接顺序示意；
图6为焊接工艺评定用对接试板宏观金相；
图7为焊接工艺评定用角接试板形式；
图8为焊接工艺评定用角接试板焊接顺序示意；
图9为焊接工艺评定用角接试板宏观金相。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进一步说明，具体实施方式是对本发明原理的进一步说明，不以任何方式限制本发明，与本发明相同或类似技术均没有超出本发明保护的范围。
结合图1至图9。
实施例1
铁路车辆箱型梁复合焊接工艺，所述箱型梁包括通过焊接连接的上盖板、下盖板与两侧腹板，包括以下工艺：
(1)箱型梁腹板与下盖板为双面角接焊接，坡口为双面坡口，坡口角度为45°～55°，钝边为1～2mm，坡口高度内侧大于外侧，比例为7:5；箱型梁腹板与上盖板为单面角接焊接，一般仅要求焊接腹板与上盖板的外侧焊缝，可不加工坡口。
(2)当环境温度低于5℃时，对待焊件进行预热，预热温度100℃～150℃，预热宽度为焊缝两侧各100mm；
(3)焊接过程中，层间温度控制在150℃～200℃；
(4)上盖板、下盖板与两侧腹板外侧焊接采用埋弧焊，下盖板与两侧腹板内侧焊接采用气体保护焊。
焊接过程包括以下步骤：
首先分别进行下盖板与两侧腹板内侧焊接，焊接条件：使用80％Ar+20％CO2保护气、SJ101焊剂、焊丝，各侧焊缝均通过两层焊道焊接，第一层焊接电流230～250A，焊接电压24～26V，焊接速度25～30cm/min；第二层焊接电流280～290A，焊接电压28～30V，速度24～29cm/min；
第二分别进行下盖板与两侧腹板外侧焊接，焊接条件：各侧均采用埋弧焊，焊接电流600～650A，焊接电压30～34，焊接速度45～55cm/min；
第三分别进行上盖板与两侧腹板外侧焊接，焊接条件：各侧均采用埋弧焊，焊接电流720～780A，焊接电压30～34，焊接速度75～80cm/min。
其中对接位置焊接参数：
其中角接位置焊接参数：
对接焊接试件力学性能：
弯曲试验
维式硬度试验：
低温冲击试验(-40℃)
角接焊接试件力学性能：
维式硬度试验：
各项指标均满足工况要求。
对接、角接位置焊接试件均满足ISO15614-1相关规定，其宏观金相也判合格。
模拟对接位置焊接试件、模拟角接位置焊接试件焊后放置24小时，经湿法磁粉表面无损检测及内部超声波检测，无内部、表面裂纹等缺陷。
本发明适用于箱型梁装配的高质量高效率焊接，当箱型梁材质组合为高耐候结构钢与高耐候结构钢、高耐候结构钢与碳素结构钢、高耐候结构钢与低合金钢时，均可使用本焊接工艺。
如图1所示，图1是本发明箱型梁腹板坡口示意图。图中，D是腹板厚度，腹板下方焊接部两侧为坡口，内侧高度为D7/12，外侧高度为D5/12。坡口角度为45°～55°。
图2是本发明焊接顺序示意图，图中圈内数字为焊接顺序。如图所示，第一、二、三、四焊道为气体保护焊；第一焊道焊接电流230～250A，焊接电压24～26V，焊接速度25～30cm/min；第二焊道焊接电流280～290A，焊接电压28～30V，速度24～29cm/min；第三焊道焊接电流230～250A，焊接电压24～26V，焊接速度25～30cm/min；第四焊道焊接电流280～290A，焊接电压28～30V，速度24～29cm/min；第五、六、七、八焊道为埋弧焊；第五、六焊道焊接电流600～650A，焊接电压30～34，焊接速度45～55cm/min，第七、八焊道焊接电流720～780A，焊接电压30～34，焊接速度75～80cm/min。
图3为箱型梁局部焊接接头宏观金相图。该宏观金相图是第3、4、6道组合焊缝的金相放大图。第3、4焊道(气体保护焊)位于金相图接头左侧，第6焊道(埋弧焊)位于金相图接头右侧。可以看出，虽然气保焊熔深较浅，但外侧埋弧焊强大的熔深使得焊接接头根部完美全熔透，达到了无损检测标准要求。
图6为焊接工艺评定用对接试板宏观金相。图9为焊接工艺评定用角接试板宏观金相。两个试件的金相都证明了采气保焊侧焊缝根部都被埋弧焊根部熔池完全熔化，使两种不同焊缝方法得到的焊缝根部完美重叠。本发明的实质是采用焊接位置灵活、可达性强但熔深一般的气保焊与焊接位置相对固定但熔深强大的埋弧焊复合在一起焊接的方法，让气保焊与埋弧焊取长补短，从而满足箱型梁高焊接质量的需求，并且低成本。

Claims (6)

1.一种铁路车辆箱型梁复合焊接工艺，所述箱型梁包括通过焊接连接的上盖板、下盖板与两侧腹板，其特征在于包括以下工艺：
(1)箱型梁腹板与下盖板为双面角接焊接，坡口为双面坡口，坡口角度为45°～55°，钝边为1～2mm，坡口高度内侧大于外侧，比例为7:5；箱型梁腹板与上盖板为单面角接焊接。
(2)当环境温度低于5℃时，对待焊件进行预热，预热温度100℃～150℃，预热宽度为焊缝两侧各100mm；
(3)焊接过程中，层间温度控制在150℃～200℃；
(4)上盖板、下盖板与两侧腹板外侧焊接采用埋弧焊，下盖板与两侧腹板内侧焊接采用气体保护焊。
2.根据权利要求1所述的铁路车辆箱型梁复合焊接工艺，其特征在于所述工艺包括以下步骤：
首先分别进行下盖板与两侧腹板内侧焊接，焊接条件：使用80％Ar+20％CO2保护气、SJ101焊剂、焊丝，各侧焊缝均通过两层焊道焊接，第一层焊接电流230～250A，焊接电压24～26V，焊接速度25～30cm/min；第二层焊接电流280～290A，焊接电压28～30V，速度24～29cm/min；
第二分别进行下盖板与两侧腹板外侧焊接，焊接条件：各侧均采用埋弧焊，焊接电流600～650A，焊接电压30～34，焊接速度45～55cm/min；
第三分别进行上盖板与两侧腹板外侧焊接，焊接条件：各侧均采用埋弧焊，焊接电流720～780A，焊接电压30～34，焊接速度75～80cm/min。
3.根据权利要求2所述的铁路车辆箱型梁复合焊接工艺，其特征在于：所述埋弧焊焊丝按重量百分比包括以下组分：C：≤0.12％，Mn：1.0～2.0％，Si：≤0.35％，P：≤0.025％，S：≤0.02％，Ni：0.2～0.8％，Cr：0.3～0.9％，Cu：0.2～0.50％，其余为铁及不可避免的杂质。
4.根据权利要求3所述的铁路车辆箱型梁复合焊接工艺，其特征在于：所述埋弧焊焊丝抗拉强度≥550MPa，屈服强度≥450MPa，伸长率≥22％，-40℃下的冲击功≥60J，焊丝直径Φ4.0mm。
5.根据权利要求2所述的铁路车辆箱型梁复合焊接工艺，其特征在于：所述气体保护焊焊丝按重量百分比包括以下组分：C：≤0.10％，Mn：1.2～1.6％，Si：≤0.6％，P：≤0.025％，S：≤0.02％，Ni：0.2～0.6％，Cr：0.3～0.9％，Cu：0.2～0.50％，其余为铁及不可避免的杂质。
6.根据权利要求5所述的铁路车辆箱型梁复合焊接工艺，其特征在于：所述气体保护焊焊丝抗拉强度≥550MPa，屈服强度≥450MPa，伸长率≥22％，-40℃下的冲击功≥60J，焊丝直径Φ1.2mm。
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