天津地铁5号线侧墙门扣铁焊接工艺方法优化研究

天津地铁5号线侧墙门扣铁焊接工艺方法优化研究

侯金柱,刘彬,穆云平,司志强,蔚青松,殷丽荣

中车唐山机车车辆有限公司  河北省 唐山市 064000

摘要：天津地铁5号线项目是天津公司成立后承接的第一单不锈钢地铁项目，是天津公司2015年重点生产项目。天津地铁5号线项目不仅填补了公司在不锈钢车体制造领域的空白，而且吹响我公司进军不锈钢地铁制造领域的号角。但由于公司的不锈钢车体生产制造刚刚起步，工艺和技术尚不成熟，需要在生产过程中逐步积累经验，使我们的工艺和技术趋于成熟。本文对侧墙门扣焊接工艺进行研究，优化工装及焊接方法，为将来夺得更多的订单打下坚实基础。

关键词：天津5号线  侧墙  门扣 焊接工艺

正文：

天津地铁5号线不锈钢车体主要有底架、车顶、侧墙、端墙和总组成五大部分组成。其中侧墙又由分块侧墙骨架、分块侧墙蒙板、门扣铁和侧墙合成四部分组成。门扣铁在侧墙中尤为重要，它不仅要把分块侧墙连接起来，而且在整车中强度要求较高，以满足将来乘客的踩踏，所以对焊缝质量要求较为严格。侧墙门扣铁焊接的接头形式是4mm开坡口单面焊双面成形的全熔透焊缝。攻关前一直采用钨极氩弧焊（TIG）进行焊接，为了保证焊透在装配时预留3mm间隙，采用两层两道进行焊接。由于预留间隙大，在使用钨极氩弧焊（TIG）焊接时填充量大、焊接速度慢，一个成手焊工焊接一个门扣铁的时间在5小时左右，且热输入大，焊后变形大，并对焊工的操作技能要求较高，易产生夹钨、咬边、未焊透、错边、未焊满等缺陷，存在较大质量风险，严重制约着天津地铁5号线项目生产进度的提速，是一个瓶颈性问题。为了解决门扣铁生产效率低的问题，尝试采用焊接效率高的熔化极活性气体保护焊（MAG）进行焊接实验，通过实验证明采用熔化极活性气体保护焊（MAG）进行焊接，在提高了生产效率的同时，还可以保证良好的焊接质量，由原来的一个焊工采用钨极氩弧焊（TIG）焊接一个门扣铁的焊接时间5小时，降为半小时，单件节省时间近4.5小时，一辆车8个门扣铁共节省焊接时间36小时左右，提高生产效率近4个班次。为天津地铁5号线的生产争取了大量宝贵的时间，为顺利完成天津地铁5号线和埃及不锈钢车体双线生产任务打下坚实的基础。

1. 焊缝形式：天津地铁5号线侧墙门扣铁焊接接头形式为4V焊缝，要求单面焊双面成形。

2.优化前具体情况如下：

（1）采用钨极氩弧焊（TIG）焊接，焊缝为2层2道的焊接形式，为了保证焊透在装配时预留2-4mm间隙，由于预留间隙大和钨极氩弧焊（TIG）焊接收缩量大，需要对焊缝进行点固焊。点固后对待焊焊缝进行调节错边量，调好后进行焊接平对打底焊接电流为60-70A，盖面焊接电流为80-100A，立对打底焊接电流为50-70A，盖面焊接电流为70-90A。如下图所示：

     平对参数                              立对参数

预留4mm间隙                    对工件进行点固

      焊接前对工件进行错边调节           调节后无错边

（2）采用钨极氩弧焊（TIG）焊接速度慢、焊接效率低，焊工焊接一个门扣铁时间为5小时，焊工劳动强度非常大。采用两层两道的焊缝形式，在折弯处需要留有接头，已调整焊接角度，对焊工操作要求高，易导致咬边、未熔合、夹钨、背部焊缝成形不好等缺陷。采用钨极氩弧焊（TIG）进行焊接必须加背部气体保护，以防止背部焊缝氧化严重致使焊缝不成形，由于背部气体保护胎密封性不好和背保胎不能起到拖住熔化金属，时常会出现焊缝氧化严重和焊穿缺陷的产生。

（3）预留间隙大因此热输入较高，导致钨极氩弧焊（TIG）焊后收缩量大,工装不能完全将工件固定，用F卡进行工件的辅助固定，以减小焊接收缩量对工件尺寸的影响。

（4）由于焊缝变形量和收缩量大导致焊缝存在错边、平面度超差和尺寸超差，焊接完成后的调修工序调修量大，调修时间在4小时以上致使使配工劳动强度很大。

（5）由于使用钨极氩弧焊（TIG）焊接热输入较大，焊缝背部氧化严重，为了保证背部的焊缝的焊接质量，需要在背部加装气体保护胎以保证焊缝的质量。

3.优化方法：

为解决上述存在的问题，考虑到不锈钢电阻率高、线膨胀系数大的物理特性和焊接变形大、焊接收缩量大、热导率低等特点。考虑采用焊接质量稳定、焊接收缩量小，焊接变形小的熔化极活性气体保护焊（MAG）进行试验。具体细节如下：

（1）在装配时对工件进行开坡口，用单面30°坡口进行焊接时由于坡口角度较小焊接电弧不能打到根部易产生背部未焊透的缺陷，后经试验将坡口开为单面45°坡口时，电弧很容易打到焊缝根部，以保证全部焊透。

（2）由于不锈钢热导率低、背部焊缝氧化严重和450-850℃析铬而导致晶间腐蚀的产生，用热导率高的20mm厚铜板制作成开沟槽并折成和工件同样形状的背部焊缝保胎以保证背部成形、降低工件温度、保证工件不错边，热量的输出和避免出现因析铬而产生的晶间腐蚀。

（3）装配好后对工件进行点固，采用单层单道并一次焊接完成，收弧未焊透的问题，在起弧和收弧的位置加装引弧板和收弧板，以保证引弧和收弧处焊透。

（4）对焊接收缩量的控制，装配时预留小于1mm间隙以保证焊透和减小收缩量，装配后焊接前240mm，焊接后240mm左右，焊接收缩量和焊接变形量基本没有。

（5）经过反复试验获得最佳的焊接参数，用福尼斯焊机独有的特四步进行焊接，用相对较大的起弧电流焊接平对焊缝，用较小的焊接电流焊接立对位置焊缝，并制定出焊接工艺规程（WPS）。

4.结论：

（1）焊接时间对比：攻关前焊接时间为5小时，攻关后焊接时间为半小时，焊接时间节省10倍，不仅效率提高而且减轻了焊接人员劳动强度和操作难度；

（2）焊接质量对比：攻关前缺陷较多，焊缝合格率为40%；攻关后几乎无缺陷，焊缝一次焊接合格率达到98%以上。不仅质量提升显著而且节省了返修时间2-4小时；

（3）焊接收缩量对比：攻关前每道焊缝收缩量和装配间隙同等大小，每道焊缝收缩量在4mm左右整件收缩约8mm，攻关后焊缝收缩量每道在0.5mm，整件收缩量约1mm，变形减少8倍以上，提高了焊前装配时间和难度，同时大大减少了焊后调节工件尺寸时间；

（4）焊接变形对比：攻关前焊接后平面度变形量在6mm左右，攻关后在2mm以内减少焊接变形3倍；

（5）生产成本对比：攻关前用气体背保胎，攻关后用铜板背保胎，焊接质量提升，工装安装简易而且节省了背保气体使用成本。

参考文献：

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