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摘要:本文选择铝合金地铁端部底架焊接结构中的一种典型焊缝(T型接头单面HV焊缝)为研究对象,根据其在实际生产过程中常见的三种形式,结合接头结构、焊接位置等关键因素,开展焊接试验,并对其试件进行金相分析,从而掌握铝合金地铁端部底架焊缝的具体情况。
关键词:铝合金;端部底架;T形接头单面HV焊缝;根部熔合
铝合金地铁端部底架的材质为 ENAW6005A、ENAW6082,均属于6000系列(Al-Mg-Si)铝合金,根据EN573-3标准,前部底板与肋板,枕梁与牵引梁,牵引梁与缓冲梁,牵引梁腹板与车钩托架的局部连接,都是单侧 HV焊接。从 T型焊接件单向开槽焊缝的受力状况来看,这种焊接方式不但适用于端底盘,而且适用于车身其他部分的箱型及限制部位,并被大量采用。这类焊接接头对焊接质量的要求高,焊接困难,在传统的加工工艺下,焊接工艺制定、模具设计以及焊接人员熟练程度都有很高的要求。所以,研究 T型接头的单侧 HV焊缝处的焊合状况,可为其选用及制订焊接工艺提供一些借鉴。
1.焊接试验策划
1.1接头结构
针对T形接头单面HV焊缝的三种常见类型,欧洲轨道交通工具与零件的焊接规范 EN150853-2007中,给出了三种常见的 T形接头单面HV焊缝的 R尺寸,即 HV型焊缝的材料厚度为3—15mm,坡口角度为50-60°,对口间隙为1—3mm,钝边为1—3mm;有衬垫HV型焊缝的材料厚度为3—15mm,坡口角度为50-60°,对口间隙为0-5mm,钝边为0-2mm;带封底的 HV型焊缝的材料厚度为3—15mm,坡口角度为50-60°,对口间隙为0-3mm,钝边为0-2mm。上述三种HV型焊缝均为单侧焊缝完全熔化的 T型焊缝,其中坡口角度、坡口间隙和钝边是焊缝的主要接头尺寸,无论是对工艺参数,还是对根部熔合情况都有一定的影响。因此,本次试验为了更好地反映出三种接头形式的根部熔合情况,规定坡口角度应为55°,对口间隙是2mm,钝边是1mm。
1.2焊接位置
在铝合金地铁端部底架进行制造过程中,为了使焊接质量能够得到保障,一般是在PA、PB位置进行焊接,详见图1所示。
图1 焊接位置
1.3试验设备和材料
焊接方法为 MIG焊,焊接设备为KEMPPI 450型数字脉冲气体保护焊机,采用( A r) 99.99 %高纯氩气作为试验期间所使用的保护气体,试板母材的牌号为ENA AW6005A,其尺寸为300mm×160mm×10mm和300mm×50mm×3mm选用的填充焊丝为 ER 5356,直径为1.6mm试验母材和填充焊丝的化学成分详见表1所示。
表1 母材、焊丝的主要化学成分 | |||||||||
材料牌号 | Si | Fe | Cu | Mn | Mg | Cr | Zn | Ti | Al |
ENAAW6005A | 0.5-0.9 | ≤0.35 | ≤0.3 | ≤0.5 | 0.4-0.7 | ≤0.3 | ≤0.2 | ≤0.1 | 余量 |
ER 5356 | 0.25 | 0.4 | 0.1 | 0.05-0.2 | 4.5-5.5 | 0.05-0.2 | 0.1 | 0.06-0.2 | 余量 |
1.4焊前准备和焊接工艺
在焊前,通过化学和机械的手段,清除坡口面和两侧的氧化膜、油污、灰尘等。通过刚性固定的方式,对焊接变形进行控制,在焊前进行预热,将预热的温度限制在100—110摄氏度之间,并采取火焰加热的方式,在进行预热之后,在要焊接的区域被冷却到低于70摄氏度的情况下,再进行焊接。从现有的 T形接头单面HV焊缝的生产现状来看,大多数的缺陷都出现在第1道焊缝上,因此,本次试验只对第一道焊缝进行焊接,优化后焊接的工艺参数详见表2所示。
表2 焊接工艺参数 | |||||
序号 | 焊接电流/A | 电弧电压/V | 焊接速度/(mm·min-1) | 氩气流量/(L·min-1) | 备注 |
1 | 235-255 | 24-26 | 9 | 20 | 第一道 |
2 | 240-260 | 25-28 | 8.5 | 20 | 封底焊 |
1.5试板编号
本次试验主要是对焊接位置以及接头结构等因素进行组合,组合后进行编号,详见表3所示。
表3 试件编号 | |||
焊接方法 | 接头形式 | 焊接位置 | 编号 |
MIG(M) | HV焊缝(W) | PA(A) | MWA-01 |
PB(B) | MWB-01 | ||
带封底的HV焊缝(F) | PA(A) | MFA-01 | |
PB(B) | MFB-01 | ||
有衬垫的HV焊缝(C) | PA(A) | MCA-01 | |
PB(B) | MCB-01 |
2.试件检测及分析
按照ISO17639-2003的规定,在试片焊接结束后,按照ISO17639-2003的规定,制作了一个大的测试样品,并按照ISO10042-2081中的焊接缺陷等级B类的规定,对焊缝的外表和内料进行分析。
2.1HV 焊缝
通过对 HV焊缝 PA部位及金相组织的研究,发现 PA焊缝的焊缝部位要比对PB焊缝的渗透性大,PA部位的底板根部有1.5米左右的焊缝,而 PB部位的底板根部有1米左右的焊缝没有完全熔化,这两个部位的根部都有一个不完全的缝隙,所以在焊缝的质量上,
PB的位置要比 PA的根部融合情况稍好
2.2有衬垫的HV 焊缝
从 PA点及PB点垂直金相图来看, PA、PB部位的焊缝根部熔化很好,没有发现任何的裂纹,并且都能达到焊接深度的标准。
2.3带封底的HV 焊缝
通过对 PA、PB部位的金相进行了对比,发现 PA、PB部位的焊缝均未出现明显的熔接现象,且在封底角区的焊趾过渡平滑,完全符合焊接技术的需要。
2.4试验结果分析
通过对 PA、 PB位置上三种不同形状的焊缝进行金相研究,发现在 PB处, PB处的焊缝要优于 PA处的根部焊缝M,结果表明HV型接头的根部结合性能最好,其次为加垫 H V接头,二者均可达到接头的性能指标;HV型焊条试样在根部产生不完全融合,达不到焊接质量的要求
结束语:
综上所述,从焊接截面的宏观金相图、焊接难度及产品使用情况进行分析,发现PB部位的焊缝成形质量优于部位 PA,而P部位焊缝成形困难;HV型焊缝在焊接后根部产生不完全融合的风险很大,而且根部的成型也达不到焊接的标准,因此需要采取其他技术措施来确保根部的融合;有衬里 HV焊缝与有后盖 HV焊缝的根部结合良好,二者比较,可优先选择带有后盖 HV焊缝的接头;带后盖 HV焊缝仅适用于双面焊部位,对于不能实现双边焊的箱型结构等限制部位,可采用有衬层 HV焊缝,二者比较,可提高HV焊缝的制造效率和适用范围。
参考文献
[1]王安平,谭俊,蒋磊,等.铝合金地铁端部底架典型焊缝的根部熔合质量分析[J].焊接技术, 2021(09):48-50.
[2]李国伟,王安平,杨定磊.铝合金地铁底架T形接头双HV焊缝的MIG焊工艺[J].焊接技术, 2022(02):72-73.
[3]王安平,蒋磊.铝合金地铁牵引梁HV形坡口焊缝MIG焊工艺分析[J].金属加工:热加工, 2020(11):35-37.