铝合金车体 焊缝返修研究

铝合金车体 焊缝返修研究

李智博 罗添元 王宇

中车长春轨道客车股份有限公司 吉林长春 130000

摘要：高铁铝合金车体在车辆运行时会受到复杂的运动载荷作用，焊缝是铝合金车体最容易发生疲劳失效的部位，因此焊缝质量对行车安全至关重要，但在实际生产中焊缝难免会产生一些缺陷需要进行返修。本文将对焊缝返修进行深入分析并给出最佳解决措施。

关键词：铝合金车体、焊缝缺陷、焊缝返修

1焊缝表面焊接缺陷

1.1焊缝表面缺陷包括裂纹、表面气孔、弧坑裂纹、咬边、表面夹渣、烧穿、错边、未焊满、打磨过量、电弧擦伤和焊瘤等。

1）咬边

咬边是在焊缝边缘，因为在焊接时电弧将母材料融化之后没有得到金属材料的补敷而留下来的沟槽。在焊接的时候如果电流过大产生的温度超过母材料的熔点、焊条运行的速渡过小、焊条和工件之间的位置不合适等都会产生咬边的情况。咬边会减少材料的可用面积、减少结构的承载力，在某些时候还可能会产生应力集中，进一步变成裂纹源。

2）焊瘤

焊瘤是因为在焊接过程当中融化的液态金属从焊缝尾部流出，然后没有和母材料融合的金属瘤被称为焊瘤。在焊接时如果规范太强、焊条的融化速渡过快、焊条本身的质量不过关、焊接时的电流电压不稳定都可能造成焊瘤的情况。焊瘤的存在可能会造成应力集中、裂纹还可能会进一步造成流动物阻碍的情况。

1.2焊缝表面缺陷检测方法：渗透探伤（PT）及目视检查(VT)。

1）目视检查

一般情况下，只要人们用视觉所进行的检查方法都可以称为目视检查。它是一种观察评价物体的一种无损的检查方法，指人们用眼睛或者是借助一些光学器材对产品的外表作观察测量的一种检查方法。把需要被检测的工件直接用眼睛或者是用6倍以下的放大镜来观察被称为直接目视法，而借助各种光学仪器或设备对工件进行检测被称为间接目视检查法。目视检查法具有工作原理简便、检测手段简单、不受被检测材料的结构形状等影响、无需复杂的检测设备器材等优点。

2）渗透探伤

物理学当中的液体对固体的浸透作用以及毛细现象的渗透探伤技术的基本原理。把用染料渲染过并且具有高浸透力的液体涂抹到需要被检测的工件上面，工件外表的开口会因为液体的浸透作用和毛细作用而充满浸透液，然后用吸附力比较强的显像剂来代替工件外表多出的浸透剂，显像剂便会将工件开口当中的浸透剂吸附到工件外表并在显像剂当中显示出缺点的痕迹。

1.3焊缝表面缺陷超过设计所要求的焊缝质量等级规定的极限值时应该进行打磨、修理、补焊。判定标准为：ISO10042:2005《焊接－铝及铝合金的弧焊接头－缺欠质量分级》。

1.4以上焊缝表面缺陷用风动旋转锉进行清除，然后用渗透探伤方法进行缺陷确认，确认缺陷彻底清除后，才可以进行补焊。

1.5焊接方法：补焊长度小于 100mm 时建议采用 TIG 焊；补焊长度大于 100mm 时建议采用 MIG 焊。

1.6 具体缺陷返修方法如下：

1）表面气孔

在焊缝余高允许的情况下，对气孔处进行表面修磨，修磨处应与临近未修磨焊缝圆滑过渡，修磨深度超过0.5mm的，应进行补焊后再次修磨。

2）弧坑裂纹

若弧坑裂纹出现在焊件的结尾，在焊缝端部剖开20mm左右长度，形成一个沟槽，加装收弧板，重新焊接。若裂纹出现在中断接头，则应沿着缺陷分别向两端剖开20mm左右,并形成中部深而宽，并逐渐向焊缝表面均匀过渡的船形沟槽，然后进行补焊，补焊后对修补焊缝进行渗透检测，确保无焊接缺陷。

3）表面裂纹

做渗透检测，以确定裂纹长度及走向，用剖沟的方式彻底清除裂纹，沟槽的长度应分别超过缺陷两端位置20mm以上（端部除外），并形成中部深而宽，并逐

渐向焊缝表面均匀过渡的船形沟槽，进行补焊，补焊后对修补焊缝进行渗透检测，确保无焊接缺陷。必要时，在剖沟前，在裂纹的两端钻止裂孔以防止在剖沟过程中裂纹扩展。

4）咬边

咬边深度超过材料名义厚度的5%或深度超过0.5mm时，需沿咬边部位进行剖沟补焊，剖沟深度约2mm，补焊完成后磨平焊缝并与原焊缝圆滑过渡处理，对修补焊缝进行渗透检测，确保无焊接缺陷。咬边不超过材料名义厚度的5%且深度不超过0.5mm时，圆滑过渡处理。

5）坡口填充不足

剖开最外层焊道，深度距理想焊缝表面约2mm，进行单层的补焊，补焊后对焊缝进行渗透检测，确保无焊接缺陷。

6）错边

将错边处焊缝剖开，将剖开坡口恢复到焊前状态，机械调整至允许范围内,重新焊接。剖开长度比缺陷长度可有一定的延伸，连续错边长度超过500mm时，为防止变形过大，建议分段剖开调整补焊，每段长度不超过500mm，补焊后对修补焊缝进行渗透检测，确保无焊接缺陷。

2焊缝内部焊接缺陷

2.1焊缝内部缺陷包括：未焊透、未熔合、内部气孔、内部夹渣和根部收缩等。

1）未焊透

未焊透是因为母材金属没有融化彻底，而残留在焊缝上面的金属液体没有流入到接洽尾部的现象。造成这个现象的原因是因为在焊接过程当中电流较小、坂口和间隙尺寸不合适、焊条的芯片偏离程度较大等原因造成的。因为未焊透降低了焊缝的有效面积，金属的接洽强度会降低；并且还可能会引起应力集中、疲劳强度大大降低、更可能发展为裂纹的源头，是焊缝更容易损坏。

2）未熔合

未熔合是因为焊条和母材金属或者是焊条和焊条之间没有彻底融化结合在一起而形成的缺点。根据缺点形成的部位可以分为坡口未熔合、层间未熔合、根部未熔合三种情况。造成这种情况的原因是因为在焊接过程当中热输入过低、电弧指向偏私、坡口侧壁有绣垢或者是污垢、层间检查不仔细等。这种情况造成的危害可能有应力集中加大、承载面积减少等，危害性仅仅在裂纹之后。

2.2焊缝内部缺陷检测方法：超声波探伤检查或 X 射线检查。

2.3焊缝内部缺陷处理方法：

用风动旋转锉将缺陷部位剖开，形成一个沟槽。沟槽的长度应分别超过缺陷两端位置20mm以上，要求沟槽的表面圆滑，不能留有尖锐棱角，整个沟槽呈船形，即中部深而宽，并逐渐向焊缝表面均匀过渡，过渡长度约 25mm 左右。根据沟槽的深度来确定沟槽的宽度，焊接时保证打底焊时焊枪施焊容易。用渗透探伤检查确认缺陷已处理干净。对于内部探伤焊缝在焊接支撑板上出现的缺陷，可通过去除焊接支撑板来达到去除缺陷的目的，去除支撑板后磨平焊缝背部并用渗透探伤检查确认无焊接缺陷，支撑板的去除长度不超过整个焊缝长度的40%。

2.4焊接方法：补焊长度小于100mm 时建议采用 TIG 焊；补焊长度大于100mm 时建议采用 MIG 焊。根据缺陷深度确定焊接层数。

参考文献：

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