构架锻件加工孔塞焊工艺优化探讨

【摘 要】转向架构架组成与其他如牵引电机等件连接，大多数采用高强螺栓，通过构架上螺纹孔连接的形式，在生产和检修过程中构架上锻件加工螺纹孔错孔、滑丝、崩裂的现象时有发生，通过对转向架大尺寸加工螺纹孔的塞焊进行模拟实验，达到改进塞焊工艺和提高塞焊质量的目的。

【关键词】塞焊；焊修工艺；加垫

0 概述

转向架构架组成在新造及检修过程中经常会发生螺纹孔加工损坏或安装损坏等情况，在设计工艺验证阶段由于设备调试、尺寸放量问题导致螺纹空钻偏问题，而在构架量产的加工制造过程中，也会偶尔产生加工螺纹孔出现滑丝、崩裂等螺纹破坏现象，对螺纹的修复通常采用溜丝处理、钢丝螺套修复办法，但对于关键部件、尺寸较大螺纹孔或螺纹损坏较为严重的情况我们通常采用塞焊焊满并重新加工螺纹孔的方式处理。通过实验结果分析对塞焊传统工艺方法进行改进，达到提升焊接质量和生产效率。

1 工程概况及背景

有上海动车段动车构架三级修过程中，拆卸牵引拉杆时发现一位侧螺栓拆卸困难，螺栓拆下后观察螺栓螺纹有损伤、积瘤，无法通过溜丝处理的方法修复，只能采用塞焊后重新加工螺纹孔方法处理。动车组检修及地铁检修中在拆解构架时发现有螺纹无法顺利旋下只能暴力拆除。新造动车组、地铁和货车构架组成上电机吊座生产过程中也经常发生此类螺纹孔损坏问题。

2 工艺方案实验分析及优化

2.1 传统塞焊孔工艺方法分析

传统塞焊孔常采用在孔的底面加铜板、碳块、铁板的塞焊工艺（见图1），此方法对于底浅孔大的薄板相对可行，但如果孔底面的附加物间隙过大或厚板孔小的情况下采用此法，焊接难度大，焊接质量不能保证，很难达到塞焊孔的技术要求。

针对此次牵引拉杆安装座螺纹孔，使用此种工艺方法缺点：塞焊孔时母材厚度大，强磁场造成焊接电弧磁偏吹，表面张力受空间拘束，重力的作用难以使熔渣析出熔化金属的表面，熔渣不易清除，孔的母材与焊接金属不能形成良好的熔合。塞焊时底部周边形成了夹渣、气孔和未熔合等危害性缺陷。传统塞焊孔工艺方法尽管存在不可避免地缺点，在现有生产条件下没有其他可行办法选择的情况下，需要对传统塞焊方法进行改进和优化。

2.2 初步工艺实验策划

模拟实际焊修现场环境条件，对工作试件进行焊接作业，以达到检验目的，以外形尺寸为120mm×120mm、厚度为112mm、中心钻Φ40mm圆孔、材质为Q345C作为焊修模拟试件。本次试验采用焊堵方式为每次从Φ50孔圆心引弧，旋转焊接至圆孔边缘，每次补焊的深度不超过5mm，层与层之间须清除氧化皮。控制层间温度，层间温度应控制在200℃之内（每层焊接完毕后冷却15min）。焊丝使用合金焊丝（H08Mn2SiA），焊条使用J506。采用焊丝焊接时平焊焊接电流控制在190A～210A，电压控制在23V～25V；采用焊条（直径3.2mm）焊接时电流控制在120A～160A。试样检测分为外观检查PT、磁粉探伤MT和射线探伤RT，其中RT探伤能够直观检测试件内部焊接质量。

试验制作结果及分析：

第一批试验条件：要求中级以上中级技工焊接水平工人进行焊接，试件焊前未进行预热且焊后也未进行退火处理。试验结果：PT、MT探伤未出现异常现象但是RT探伤底片显示出现较多缺陷，缺陷表现为：呈现点状未融合连成片的状态，沿孔壁呈条状分布。

第二批试验条件：操作人员不变的情况下，更换另一批试件，先期进行试件预热至150℃，焊接试件在带倾角的转台上进行焊接，保证焊接孔壁边缘时呈现45°夹角。焊接完成后进行试件退火处理。试验结果：PT、MT探伤未出现异常现象，RT探伤发现孔的边缘位置存在几处点状未熔合现象（点状缺陷），且在底片上离散分布。

2.3 工艺方案分析

通过前两次实验发现导致孔壁周围出现未熔合现象主要有以下几点原因：

（1）PT、MT探伤无问题说明表面焊接质量良好，RT探伤不合格说明底部焊接质量存在问题。分析知因为孔的深比较大直径比较小（孔112mm深、直径40mm），在焊接孔的底部时焊枪角度无法保证所致，会导致在孔底部焊接时焊接空间不足，焊枪不能有效摆动.，导致底部存在较多焊接缺陷。

（2）第二批试件底片显示的点状较第一批少说明焊接质量有所提高。说明增加工人操作实践、采用有效的工艺方法如预热、改变焊接姿势、退火，能够有效地减少焊接缺陷，提高焊接质量。

鉴于以上对试验结果的分析，对塞焊工艺进行优化如下：

对该处扩孔孔径进行了工艺调整，由原来的直径40mm，扩大到直径60mm，即减少孔的深宽比，增大焊枪的摆动空间。鉴于扩孔尺寸限制，扩孔后孔壁变薄容易产生变形需要进一步改进焊接结构。在塞焊孔中央增加垫板可以有效减小孔的深度，工艺方法为用与母材材质相同的材料，加工成小于孔径0.5mm、厚度12mm的圆形垫片，垫片边缘加工成60°以上的坡口，以工件的形式点焊置于母材孔的中间或偏中间。

图1 传统塞焊工艺方法 图2 增加垫板工艺方法

按照改进后的工艺方法进行了试验，试验结果分析：

从宏观上分析和比较：孔中间加垫，大大减少了塞焊的难度和劳动强度，提高了生产效率，降低了成本，保证了塞焊质量。从断面腐蚀观察：孔中间加垫，焊接缺陷很小，选择合理的焊接参数，孔垫和母材全部熔合，可以有效控制焊接过程中的缺陷。试件经RT射线探伤检测，发现完全没有缺陷存在，试件完全符合焊接质量要求。

3 结论

根据此次塞焊焊接试验检测结果可知，综合采用各种工艺方法对传统工艺方法进行改进，如预热、退火、孔中间加垫的塞焊工艺方法，能够在生产中增效降耗，降低劳动强度。本文对塞焊现场中出现的问题进行了分析与总结并提出了改进方案。试验结果证明这些工艺改进方法在实际塞焊操作中能够明显的改善与提高焊接质量。

【参考文献】

[1]刘宏敏.孔塞焊工艺探讨[J].2007（6）：145-146.

[2]陈祝年.焊接工程师手册[M].北京：机械工业出版社，2002.

[3]周振丰，张文钺.焊接冶金与金属焊接性[M].北京：机械工业出版社，1980.

[4]焦馥杰.焊接结构分析基础[M].上海：上海科学技术文献出版社，1991：30-5.

[5]龙占云，张罡.焊接缺陷对结构强度的影响[J].无损探伤，1995（3）：10-13，20.