摘要：模拟40t轴重矿石车的牵引梁下盖板与枕梁下盖板的对接焊缝形式，采用单面焊双面成型（加陶瓷衬垫）的工艺方法进行试验，并通过对焊接接头的力学性能检验、微观组织观察和分析，证明了该工艺的可行性，现已应用于出口澳大利亚铁路货车的批量生产中。
关键词：陶瓷衬垫；CO2气体保护焊；单面焊双面成形
引言
为满足国内外铁路货车重载（40t轴重）技术的要求，铁路货车的轴重越来越大，因此，对车体承载焊缝的焊接质量要求也越来越高，其中最重要的就是枕梁与中梁的焊缝。针对该产品的结构特点，特提出采用半自动熔化极气体保护焊、单面焊双面成形+背面粘贴焊接陶瓷衬垫的方式，在满足焊接质量要求的同时，提高焊接生产效率本文对应用该工艺焊接的试验过程及结果进行了介绍和分析。
一、试验材料
本试验模拟40t轴重矿石车的牵引梁下盖板与枕梁下盖板的对接焊缝形式，采用单面焊双面成型（加陶瓷衬垫）的工艺方法进行试验。陶瓷衬垫是目前船舶制造广泛应用的单面焊衬垫材料，在实芯焊丝COZ气体保护半自动焊与手工焊条电弧焊中应用最为广泛。加陶瓷衬垫COZ气体保护焊，可单面焊双面成型，无需背面碳弧气刨清根，解决了工件背面清根费时、费力以及碳弧气刨增碳、焊接韧性差等难题，尤其在结构空间狭小、不利于操作且要求焊透的关键部位效果显著，在有效保证单面焊双面成型焊接质量的同时，改善了作业环境、减轻劳动强度、降低成本、提高生产效率，具有显著的经济和社会效益Ca一本试验采用既具有较好的传导性、机械强度和耐高温性同时又对焊缝影响较小的氧化铝陶瓷衬垫。焊接试板采用与产品材质一致的Q450NQR1高强度耐候钢，其尺寸为300mmx150mmx12mm，坡口采用机械加工，无钝边。
从强制成形单面焊基本过程及其特点出发，叙述了强制成形单面焊的实现条件及陶瓷衬垫CO2气体保护单面焊工艺要点，介绍了陶瓷衬垫CO2气体保护单面焊接工艺实验及接头的力学性能，根据CO2电弧特征及单面焊工艺过程特点，结合工艺试验，分析和讨论了主要的焊接规范参数和焊接工艺因素对陶瓷衬垫CO2气体保护单面焊接工艺过程及背面焊缝成形的影响。
二、试验过程与讨论
（一）焊接工艺试验
单面焊工艺试验焊机为松下YD-SOOKR晶闸管气体焊机，焊接工艺规范参数（与产品生产工艺规范一致）。焊前清理坡口内侧及焊缝边缘20mm范围内的水、油、锈等污物至露出金属光泽，然后将试板两侧点焊固定（组对间隙为5}6mm），并在试板两侧组对与试板厚度及坡口形式一致的引、收弧板，其尺寸为50mmx30mmx12mm，将陶瓷衬垫正面中心线（衬垫凹槽中心）对准焊缝背面间隙中心，抨压衬垫块两侧的铝箔胶带，使衬垫与试板紧密牢固的粘接在一起，然后按要求进行打底、中间及盖面焊接。
由于陶瓷衬垫是不导电的，因此在陶瓷衬垫COZ气体保护焊打底焊时焊接速度不宜过快，否则熔池不连续，易出现熄弧而造成焊接过程的不稳定。为防止焊缝根部的熔合不良，在焊接过程中焊丝应做适当的小幅摆动，并在边缘处稍稍停顿一下。试板焊前不需要预热，保证试验环境温度不低于5℃，层间温度不高于150℃，焊后清除飞溅物并清理衬垫，将试板静置24h，进行外观检查以及超声波（UT）探伤，探伤合格后进行力学性能（拉伸、弯曲、冲击等）试验，并用金相显微镜对接头组织进行观察。
单面焊双面成形（简称单面焊）是将传统的双面焊接工艺转化为仅从单面施焊的工艺过程。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在工件不翻身的情况下，可将劳动强度大且难以掌握的仰焊转化为焊缝成形条件好、易于操作的平焊，并且节省了反面清根工序，是一种高效、节能的新型焊接工艺，该工艺可有效地保证焊接质量，提高生产效率，降低生产成本。与双面焊相比，单面焊可提高焊接生产效率3倍以上，节省材料10%，节约电能50%，且能简化装配工序。CO2单面焊是一种高效的CO2焊新工艺，由于CO2电弧的热源特点和工艺要求，CO2单面焊通常采用衬垫进行强制成形，陶瓷衬垫是目前应用最为广泛的CO2单面焊衬垫材料。合理的CO2单面焊接工艺可实现良好的背面焊缝成形，进而获得良好的焊接质量。
（二）试验结果与讨论
背面焊缝熔合较好，且焊缝余高和熔合宽度都比较均匀，无外观缺陷。焊后24h按照GB/T11345规定进行超声波探伤，检验等级为B级，评定等级为I级，探伤结果为合格。使用金相显微镜对接头组织进行观察，得出焊缝的显微组织为柱状铁素体+珠光体，母材的显微组织为铁素体+珠光体，晶粒度为8一9级，热影响区为贝氏体组织，晶粒稍大，晶粒度为6级。各项性能指标均与母材相近或略高于母材，完全满足工艺技术要求，可以应用于实际生产。
陶瓷衬垫CO2气体保护单面焊是强制成形的单面焊接方式，背面焊缝的形状除了与陶瓷衬垫的成形槽尺寸、衬垫成分和性能有关以外，焊接工艺过程对背面焊缝成形也将产生重要影响。当衬垫确定后，焊接工艺过程将决定背面焊缝形状和焊接质量。要实现良好的背面焊缝成形和保证焊接质量，必须采用合理的焊接工艺。陶瓷衬垫CO2气体保护单面焊接工艺要点为：一是保证焊缝根部熔透；二是衬垫与工件背面贴合紧密可靠。
电弧焊时，电流是决定熔深的主要因素。因此，陶瓷衬垫CO2气体保护单面焊时，必须采用足够大的焊接电流将焊缝根部熔透，否则会产生未焊透缺陷。若衬垫与工件背面贴合不良，熔池金属易从衬垫与工件间隙溢出，出现背面焊瘤和熔合不良等缺陷。焊接电流是单面焊最主要的焊接规范参数，要保证焊缝背面熔透，焊接电流应大于最低熔透电流，这是单面焊双面成形的前提条件陶瓷衬垫是不导电的，因此焊速不宜过快，否则熔池不连续，易出现熄弧，造成焊接过程不稳定。在正常焊接速度范围内，随着焊接速度增加，背面背面焊缝熔宽减小，余高变化不大，背面焊缝余高系数减小。造成这种变化趋势的主要原因是：随着焊接速度的增加，焊接线能量降低，电弧熔透能力减弱，在焊接坡口一定时，背面焊缝的熔宽取决于焊缝熔深，并随其增加而增加，这是由熔池形状特征所决定的；此外，由于焊接线能量降低，电弧对衬垫的加热作用减弱，衬垫熔化减少，熔渣层变薄甚至衬垫不发生熔化，此时余高则主要由衬垫的成形槽深度决定。提高焊速可提高焊接生产率，但在提高焊速的同时，应相应增加焊接电流和电弧电压，才能保证合理的背面焊缝尺寸，因此焊速、焊接电流、电弧电压三者是相互联系的。
（三）该工艺在实际生产过程中的应用
通过以上试验检测结果，证明了陶瓷衬垫COZ气体保护单面焊工艺在铁路货车焊接中应用的可行性。某齐车轨道交通装备有限责任公司在PN准轨煤炭漏斗车批量生产过程中，牵引梁下盖板与枕梁下盖板的对接焊缝均采用了此工艺进行焊接，将原来的双面焊改为单面焊双面成型，有效地解决了焊缝另一侧操作空间狭小、操作难度大的问题，取消了碳弧气刨清根、打磨渗碳层、封底焊等工序，操作人员由14人减至4人，一次探伤合格率由30%提高到99%以上，攻克解决了生产瓶颈，大大提高了生产效率，综合效益十分明显。
三、结语
总之，工艺要点是保证焊缝根部焊透并保证衬垫与工件背面贴合良好。焊接规范参数和焊接工艺因素均会影响到背面焊缝成形，合理的焊接工艺参数可获得良好的背面焊缝成形。陶瓷衬垫单面焊焊缝的成分和接头性能符合规范要求。
参考文献：
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[2]穆文革.陶瓷衬垫CO_2焊与埋弧焊在锅炉筒体焊接中的应用[J].金属加工（热加工），2017（S1）.
论文作者:王洪涛,张文甲
论文发表刊物:《基层建设》2019年第11期
论文发表时间:2019/8/7
标签：衬垫论文; 背面论文; 陶瓷论文; 气体论文; 电弧论文; 焊接工艺论文; 盖板论文; 《基层建设》2019年第11期论文;