双丝气保焊技术在铁路货车制造中的应用

张兴松

(武汉局集团公司武汉车辆监造项目部 湖北 武汉 430212)

NX70型平车中梁上、下盖板与中梁的长直焊缝，焊缝总长为32.4 m，焊脚尺寸8 mm，为了控制焊接变形，双边对称同时焊，平角位置焊接。传统自动气保焊工艺为单丝焊，采用2台单丝焊无法在节拍30 min内完成焊接，需要安装4台单丝焊机械手[1]。双丝MIG焊具有焊接速度快、熔敷效率高、熔深大、焊接质量好等优点，可减少机械手的数量，满足产线生产节拍的要求。为此，研究采用双丝气体保护焊技术替代传统的单丝气体保护焊技术，可显著提高焊接效率。

1 双丝气体保护焊简介

1.1 双丝MIG焊接概念

双丝焊为单面双弧焊接，即同时使用2根焊丝在较高的焊接速度、相同的气氛下熔化到同一个熔池中，完成一条焊缝的焊接方法，焊枪中双丝分为前丝和后丝，前、后丝同时引弧，协同工作，分别受2个独立的焊接回路控制，同一熔池中2个电弧互不干扰，如图1所示。

图1 双丝MIG示意图

1.2 双丝MIG焊接原理

当前丝一个周期时间后由峰值状态转为基值状态时，会向从机发出一个触发信号，使从丝电弧从基值状态转为峰值状态。经过一个周期后，从机又由峰值状态转为基值状态，此时从机又向主机发出一个触发信号，使主丝电弧从基值状态转为峰值状态，这样周而复始。确保每个电弧稳定地燃烧，而不互相干扰。

焊接示意图如图2所示。

图2 双丝MIG焊接示意图

1.3 双丝MIG焊接主要工艺优点

(1)焊接速度快，填充量大，熔敷效率高。前丝用于形成安全熔深，后丝快速填充，调节熔宽和焊缝，灵活调节、搭配。

(2)热输入小，减小材料变形。

(3)间隙桥接性好，有效地平衡材料公差。

(4)焊接过程自动化，与机械手集成系统智能化焊接。

2 双丝MIG焊接工艺及试验

2.1 低合金钢典型厚度双丝MIG焊接试件接头形式

采用t8 mmQ450NQR1钢板，直径1.2 mm的焊丝TH550NQ-Ⅱ，80%Ar+20%CO2保护气体，采用CMT Twin双丝自动焊进行焊接，通过对焊缝的表面质量、宏观、微观、硬度进行测试，分析双丝气保焊工艺用于角缝焊接的工艺性和焊接质量。

2.2 双丝MIG焊接试验工艺方法和工艺参数

采用双丝MIG焊接机械人系统，采用双丝MIG焊接技术施焊。焊接工艺参数如表1所示。

表1 双丝MIG焊接试验工艺参数

2.3 双丝MIG焊接试验试件检验内容

对低合金钢角接采用双丝MIG焊缝进行表面无损检测，试件按NB/T 47013.4进行100%磁粉检测(MT)，合格级别Ⅰ级，检测结果合格。

对低合金钢角接采用双丝MIG焊缝取样进行金相分析，按GB/T 226、GB/T 13298进行金相检验，宏观金相如图3、图4所示，微观金相如图5所示。按GB/T 2654进行硬度检验，检测方法示意如图6所示。

图3 2019-24宏观金相

图4 2019-25宏观金相

图5 微观金相

图6 硬度检测示意图

3 试验结果

3.1 低合金钢双丝MIG角焊的焊接工艺性能和焊接质量

完成双丝MIG焊接的焊件表面如图7所示。可以看出，上述规格低合金钢板角接焊缝可以实现双丝MIG焊接机械人系统焊接，焊接接头光滑美观，无超标的焊接缺陷。

图7 双丝MIG焊缝

低合金钢角接采用双丝MIG焊接机械人系统单道焊接完成，焊接速度600～800 mm/min时，焊脚尺寸K值达到8 mm。

3.2 低合金钢双丝MIG角焊的接头宏观金相

宏观金相结果，经肉眼观察无裂纹、无气孔、无夹渣、无未熔合和未焊透等缺陷。

焊缝根部熔合良好，熔深约2～4 mm。

3.3 低合金钢双丝MIG角焊的接头微观金相组织

从显微组织可以看出，焊缝区组织先共析粗大铁素体沿柱状分布，晶内存在贝氏体、珠光体、魏氏体组织，未发现明显的焊接缺陷和脆性相，具体结果如表2所示。

3.4 低合金钢双丝MIG角焊的接头硬度

双丝MIG焊接的角接焊缝硬度如图8所示，焊缝区、热影响区硬度值HV10最大值269，符合标准要求。

表2 金相组织试验结果

图8 焊接接头硬度

4 结果分析

综上所述，采用双丝MIG焊接机械人系统完成焊接的低合金钢角接焊件，能达到以下目标：

(1)角焊缝采用常用的Q450NQR1钢板，直径1.2 mm的实芯焊丝TH550NQ-Ⅱ，80%Ar+20%CO2富氩混合保护气体焊接，表面磁粉检测合格，截面宏观金相和硬度未发现异常，符合GB/T 19869.1标准对焊接工艺评定合格的要求。

(2)双丝单道焊，2F位置焊接，焊角尺寸K值达到8 mm以上仍成形良好，同时焊接速度达到600～800 mm/min，采用2台套双丝焊接系统同时焊接时，焊缝总长32.4 m，焊接时间20～27 min，满足中梁翻焊三工位NX70型平车中梁上、下盖板与中梁的长直焊缝工序焊接节拍30 min的要求。可以替代4台传统自动气保焊工艺单丝机械手焊接系统，提高了焊接速度和效率。

(3)低合金钢板角接采用双丝MIG焊接技术和双丝MIG焊接机械人系统进行焊接，主弧与从弧可进行灵活调节控制，双电弧之间无干扰，焊接同时起弧或分开起弧，电弧稳定，焊接过程安全可靠。

综上分析，采用如图9所示双丝气体保护焊系统，可以满足NX70型平车中梁上、下盖板与中梁的长直焊缝的焊接质量和产线节拍等技术要求。

图9 NX70型平车中梁盖板双丝焊接系统示意图

5 结论

通过试验证明，低合金钢角接采用双丝MIG焊接机械人系统完成焊接的焊件，表面磁粉检测合格，截面宏观金相、微观金相和硬度未发现异常。低合金钢板角接采用双丝MIG焊接技术和双丝MIG焊接机械人系统进行焊接，焊接接头性能均合格，该技术应用可行，可以在NX70型平车中梁上、下盖板与中梁的长直焊缝生产制造中应用，也可在铁路货车其他类似焊接接头上推广。

采用双丝MIG焊接技术和双丝MIG焊接机械人系统进行低合金钢板角接焊接，自动化程度高、生产效率高、成品质量高并稳定，生产过程安全可靠。