斯太尔桥壳高度变化的长纵埋弧焊缝气孔研究

2021-05-27杨卫铁王永强张军峰权建华

金属加工(热加工) 2021年5期

杨卫铁，王永强，张军峰，权建华

1.河南卫华重型机械股份有限公司河南新乡 453400

2. 陕西汉德车桥有限公司陕西宝鸡 721000

1 序言

目前，斯太尔车桥是重型载货汽车最常用的一种系列产品。斯太尔车桥桥壳一般包括铸造桥壳和冲压与焊接桥壳（以下简称“冲焊桥壳”）。冲焊桥壳由两个半桥壳组成，其制造工艺是：首先采用16mm厚Q355B板材通过热冲压方式制成半桥壳，然后采用埋弧焊或机器人焊接长纵焊缝，将两个半桥壳拼焊成一个整体桥壳。

相比于机器人焊接，埋弧焊因其熔覆率和焊接效率高，所以仍是目前使用最多的一种焊接方式。但由于其自动化程度较低，针对斯太尔冲焊桥壳在长度方向上高度变化的坡口，无法做到随机调整焊接参数，故易出现蜂窝状气孔等焊接缺陷。为此，本文研究了埋弧焊蜂窝状气孔产生的原因，并提出了解决方案，对实际生产具有重要的指导意义。

2 焊接工况及焊缝要求

（1）冲焊桥壳结构及坡口形式冲焊桥壳由2个冲压而成的半桥壳拼焊而成，焊接坡口角度为45°，钝边为3~5mm。在长度方向上，从桥壳端部到桥包处坡口呈高低起伏变化，从端部圆管到中部方管有约5.5mm的变化量，从方管到桥包有约18.5mm的变化量，如图1、图2所示。

（2）坡口加工方式坡口采用铣床（盘式铣刀）加工，根据铣床结构，一般可多件同时加工，加工效率高，加工面洁净，无油渍、锈蚀，如图3所示。

（3）焊接设备采用数字式伊萨埋弧焊机，可根据坡口高度调整焊枪到坡口的距离，焊接时当焊枪运行至高度变化处时，系统自动调整焊枪高度，从而保证干伸长在工艺要求的范围内。

（4）焊接参数冲焊桥壳拼焊采用常规焊接参数，具体见表1。

图1 桥壳

图2 半桥壳工程图

表1 冲焊桥壳拼焊焊接参数

图3 坡口加工

3 气孔形成位置及形状

焊接前首先将两个半桥壳吊至夹具内，调整好位置后起动液压装置进行夹紧，其次采用钢丝刷清理坡口，保证无锈蚀、油渍等杂质，最后起动焊机进行焊接。

焊接完成后，在焊缝表面正常情况下，无法直接观察到气孔，需采用碳弧气刨将焊缝刨开，才能发现气孔，严重时会生长到焊缝表面。该气孔一般为蜂窝状，轻微时也可呈不定点单个分布，且该类型气孔由下向上呈柱状生长，如图4所示。

图4 焊缝气孔特点

4 气孔形成原因分析

焊接坡口由铣床加工而成，无锈蚀、油渍，显然气孔形成原因与坡口表面清洁度无关；因为该气孔由下向上呈柱状生长，说明气孔最先在坡口根部形成[1]；同时由于桥壳冲压和坡口铣削精度的原因，导致部分位置钝边完全被加工掉，所以工件夹紧后根部露出较大缝隙，经观察钝边被铣削掉的部位气孔更加密集。

由上述分析可知，由于坡口部分位置存在缝隙（见图5），焊接时因空气扰动在熔池底部形成紊流，最终导致气孔在根部形成。

图5 坡口根部缝隙

5 气孔控制措施

通过上述对气孔产生原因的分析，同时根据现有工况条件，从以下两个方面改进来控制气孔的产生。

（1）控制坡口根部间隙，消除空气扰动根源目前，斯太尔冲焊桥壳一般采用热压模具，因为常见热压模具材料的热硬性普遍较差，所以导致冲压桥壳外形精度较差，在铣削坡口时钝边不均匀，部分位置坡口完全被加工掉，工件夹紧时出现较大缝隙。为解决此问题，将钝边工艺要求更改为5~8mm，实际加工后，钝边尺寸为2~9mm，工件夹紧后坡口根部无缝隙。

（2）根据钝边尺寸变化，增大焊接电流和电弧电压由于钝边增加，需增加焊接电流和电弧电压以保证焊缝熔深；同时增加焊接电流和电弧电压后，电弧可以直接到达坡口根部，使熔融更加充分，可以有效地降低根部焊接缺陷的产生[2]。经验证，通过采用上述控制措施，焊缝刨开后光滑无气孔，如图6所示。