茍海成 馮鵬

摘 要：金屬常壓罐體類容器的探傷合格率必須滿足國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，文章對碳鋼運(yùn)油車拼板自動焊出現(xiàn)的焊接缺陷進(jìn)行了專項(xiàng)分析，并制定各類缺陷問題的排查方案，對人員加工要求、設(shè)備排查、工藝參數(shù)評定，工藝方法等方面進(jìn)行了整體的優(yōu)化和改善，焊接接頭各項(xiàng)力學(xué)性能均能夠滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，大大提高了探傷合格率，固化了工藝方法，提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：RT探傷合格率；缺陷分析；工藝優(yōu)化；產(chǎn)品質(zhì)量

中圖分類號：TG444+.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：1671-7988（2018）17-242-03

Abstract： The inspection pass rate of metal atmospheric tank cans must meet the requirements of the national standard. This paper carries out a special analysis of the welding defects that occur in the automatic welding of carbon steel trucks， and formulates various types of defect investigation and troubleshooting plans. Requirements， equipment inspections， process parameter assessments， and process methods have been optimized and improved. The mechanical properties of welded joints have met the requirements of the standards， greatly improving the inspection pass rate， solidifying the process methods， and increasing the production efficiency.

Keywords： RT inspection pass rate； defect analysis； process Optimization； product quality

CLC NO.： TG444+.2 Documents Code： B Article ID： 1671-7988（2018）17-242-03

前言

危險品運(yùn)輸車主要用于拉運(yùn)專用危化品液體，如汽柴油、甲醇、原油等化工原料。其中罐車筒體部分的成型，必須采取拼板自動焊完成，拼焊完成后，按照輥卷工藝或者包罐工藝而完成筒體的成型，一般需要進(jìn)行四次拼板自動焊完成筒體的拼板。因筒體成型后，拼板焊縫經(jīng)過與焊縫方向平行的角度產(chǎn)生了拉延變形，在罐車滿載使用過程中，因需要承載罐內(nèi)介質(zhì)的沖擊力，因此，拼板自動焊焊接質(zhì)量尤為關(guān)鍵。

我公司拼板自動焊機(jī)為氣缸琴鍵壓緊式拼板自動焊機(jī)（如圖2），有效焊接長度為9.5m，銅制成型襯墊槽，鋼結(jié)構(gòu)壓腳，自動焊接小車為齒輪式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動，具備無極調(diào)速，可實(shí)現(xiàn)直線行駛的自動焊接。焊接電源為美國進(jìn)口Miller602（MIG/MAG）焊接電源。

1 焊接缺陷類別

1.1 焊接工藝介紹

我公司運(yùn)油車產(chǎn)品拼板材料覆蓋碳鋼、不銹鋼等材質(zhì)，屬于常壓容器，筒體A類和B類焊接接頭為5條縱焊縫和2條環(huán)焊縫[1]，其中縱焊縫采用現(xiàn)有設(shè)備，進(jìn)行熔化極氣體保護(hù)焊，單面焊雙面成型。

拼板工藝過程為，從拼板焊接進(jìn)料端，將待拼接的兩塊板材放至拼焊機(jī)中心線兩側(cè)，通過調(diào)節(jié)設(shè)備自帶對中定位功能，使拼接間隙正處于背面襯槽中間位置，隨后在板材拼焊方向兩邊依次放置引弧板與息弧板。檢查設(shè)備與氣體壓力，設(shè)定電流電壓參數(shù)，輸入行走速度參數(shù)，準(zhǔn)備工作就緒后即可進(jìn)行施焊作業(yè)?，F(xiàn)以我公司常規(guī)碳鋼運(yùn)油車產(chǎn)品為例，拼板接頭焊接工藝分析見表1：

設(shè)備使用的工作環(huán)境要求，如電源、工作環(huán)境溫度、濕度、作業(yè)海拔和工作場所等因素，均符合基本焊接工藝標(biāo)準(zhǔn)要求和設(shè)備要求。

1.2 焊接缺陷

在長度為8.4米碳鋼罐產(chǎn)品實(shí)際焊接時，其中拼板自動焊總焊接長度為8.4米，板材規(guī)格為8400×1500（mm），共計(jì)五塊板材，累計(jì)四條焊縫，拼板焊完成后，工藝對所有縱焊縫分別進(jìn)行了外觀成型檢驗(yàn)和RT探傷檢測，通過檢驗(yàn)，主要存在以下缺陷：

（1）焊縫正面余高不一致，余高偏高（≥4mm），焊縫背面成型不良（如圖4）；

（2）RT探傷結(jié)果顯示氣孔缺陷居多（如圖5）。

2 焊縫余高過高原因分析

焊接余高過高，主要原因與焊接工藝參數(shù)、板材拼接間隙及焊接速度的快慢有關(guān)。焊縫的余高愈大，應(yīng)力集中程度愈嚴(yán)重，焊接接頭的強(qiáng)度反而會降低，同時，余高過高，會增加內(nèi)部缺陷的產(chǎn)生，且缺陷很可能會產(chǎn)生疲勞裂紋，降低產(chǎn)品使用年限。經(jīng)排查所有焊縫，大部分焊縫余高均在可控范圍內(nèi)，僅局部區(qū)域焊縫余高存在過高現(xiàn)象，且余高過高部位的焊縫背部，均存在成型不良現(xiàn)象，由于間隙過小，焊接熔池鐵水無法全部流至背部成型槽而導(dǎo)致。因此，外購板材的拼板邊緣直線度不合格，是產(chǎn)生此缺陷的主要原因。我公司目前外購的板材均符合GB-709[2]，其中關(guān)于邊緣直線度誤差范圍，國家標(biāo)準(zhǔn)要求15mm，實(shí)物符合國標(biāo)，但無法滿足拼板自動焊要求。

3 焊接氣孔原因分析

一般焊接氣孔主要有H2孔、CO氣孔或N2孔，各種氣孔產(chǎn)生原因不同，實(shí)際氣孔缺陷也并不是單一的，也可能是共同出現(xiàn)的。氣孔產(chǎn)生的主要原因較多，主要保護(hù)氣體純度不純、焊接區(qū)域油污未清理、氣體保護(hù)效果不良等等?，F(xiàn)有氣孔缺陷均在焊縫內(nèi)部、為非貫穿性氣孔。因成因復(fù)雜，與氣體、設(shè)備穩(wěn)定性、原材料和工藝前處理等因素較多，因此需要專項(xiàng)排查。

3.1 焊接材料分析

MAG焊采用ER50-6焊絲，焊前無需烘干，經(jīng)檢查，焊絲包裝完好，焊絲表面無水跡、油污和銹蝕，且對焊機(jī)送絲機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢驗(yàn)，并無水跡或油污污染。對焊絲進(jìn)行了化學(xué)成分復(fù)驗(yàn)，表2為實(shí)心焊絲ER50-6的化學(xué)成分復(fù)驗(yàn)結(jié)果，結(jié)果顯示焊絲化學(xué)成分符合要求。

3.2 原材料及襯墊分析

對原材料進(jìn)行了排查，以排除是否為板材表面前處理不合格，而導(dǎo)致表面有水漬、鐵銹及油污等雜質(zhì)，經(jīng)排查，所有板材在焊接前，均打磨了母材邊緣20mm以內(nèi)及邊緣斷面的氧化層，并在焊接前用丙酮進(jìn)行了擦拭。

襯墊為純銅襯墊，用上述相同的方法對襯墊進(jìn)行了檢查，并在實(shí)際焊接進(jìn)行前，襯墊均有清潔處理。

因此，通過分析，Q235原材料、焊材及襯墊在焊前均做了正確的處理，并根據(jù)低碳鋼中的焊接氣孔缺陷主要以CO和N2居多[3]，因此首先排除H2孔的可能性。

3.3 保護(hù)氣體分析

保護(hù)氣體為氬保氣（80%Ar+20%CO2），經(jīng)過多個廠家不同批次，經(jīng)檢驗(yàn)合格的保護(hù)氣體的試板焊接檢測發(fā)現(xiàn)，保護(hù)氣體純度符合要求。并檢查了設(shè)備供氣管路，管路通暢無漏氣現(xiàn)象，因此保護(hù)氣體與設(shè)備供氣管路不是產(chǎn)生氣孔的主要原因。

3.4 焊接完工件分析

通過對焊接完成的焊縫進(jìn)行RT擴(kuò)探檢測后，發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)氣孔的位置存在一定的不連續(xù)性，存在一定的間隔，間隔大約在5m左右。同時，發(fā)現(xiàn)實(shí)際焊接過程存在一定的焊接飛濺，而且通過排查焊槍噴嘴，噴嘴內(nèi)側(cè)管壁存在焊接飛濺物粘連，且部分飛濺物堆積較多，因此影響了焊接的氣體保護(hù)作用。

同時，通過對焊絲化學(xué)成分的檢測發(fā)現(xiàn)，焊絲中的Si和Mn元素含量較多，此兩種元素為脫氧元素，并限制了C含量，可以有效的防止CO的產(chǎn)生，所以，氣孔的主要成分應(yīng)是以N2居多。焊縫中大量N2氣孔的主要原因是由于焊接區(qū)域氣體保護(hù)不良所產(chǎn)生的，如：氣流量小、焊嘴堵塞等原因[3]。

綜上初步排查分析后，得出焊縫區(qū)域氣體保護(hù)不良是導(dǎo)致焊縫產(chǎn)生氣孔的主要原因。

4 工藝改善

4.1 余高過高工藝調(diào)整

通過上述分析，外購板材邊緣直線度差，是產(chǎn)生余高過高且背部成型不良的主要原因。為了減少單車制造成本，在小批量訂單生產(chǎn)中，通過對外購的國標(biāo)板材進(jìn)行修邊處理，通過剪板機(jī)減去邊緣不平齊部分，保證母材邊緣直線度公差≤2mm。大批量訂單，公司直接采購定尺料，板材寬度邊緣直線度公差良好，能夠確保焊接質(zhì)量，也能保證生產(chǎn)效率與成本的控制。

4.2 焊接氣孔缺陷工藝優(yōu)化

根據(jù)上述分析，焊接過程中持續(xù)產(chǎn)生的飛濺物堵塞焊嘴，導(dǎo)致焊縫侵入空氣產(chǎn)生氣孔。飛濺的產(chǎn)生原因主要與焊接工藝參數(shù)、焊絲干伸及保護(hù)氣體有關(guān)系，其中，焊絲干伸通過調(diào)整，由以前18mm更改至16mm，焊接飛濺有所減少。同時，工藝人員對焊接工藝參數(shù)進(jìn)行了調(diào)整，并在焊接試板進(jìn)行了驗(yàn)證，焊接工藝參數(shù)見表3（僅體現(xiàn)主要參數(shù)）。

通過大量試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，適當(dāng)減小焊接速度時，飛濺明顯偏少，但焊接速度的減少，影響了單車拼板自動焊的工藝節(jié)拍。因此，工藝人員對保護(hù)氣體進(jìn)行了調(diào)整，調(diào)整為98%氬氣與2%氧氣的混合氣體，因?yàn)闅逖鯕饽芗?xì)化熔滴尺寸，熔滴過度穩(wěn)定性好，飛濺少[4]。按照保證焊接速度的前提下，通過焊接驗(yàn)證，實(shí)際焊接無飛濺產(chǎn)生，熔滴過渡穩(wěn)定，焊縫成型較好。并且氬氧氣（98%Ar+2%O2）與氬保氣（80%Ar+20% CO2）采購成本相同，因此，工藝調(diào)整為氬氧氣（98%Ar+2%O2）。

通過上述兩項(xiàng)工藝優(yōu)化后，實(shí)際焊接過程進(jìn)行了RT探傷檢測，焊縫符合I級以上標(biāo)準(zhǔn)，缺陷得到了控制。

5 結(jié)論

（1）母材邊緣直線度差，是導(dǎo)致局部余高過高且背部成型不良的主要原因。

（2）對焊材、母材進(jìn)行分析，結(jié)果顯示焊材化學(xué)成分符合要求，不是產(chǎn)生焊縫氣孔的原因。

（3）根據(jù)氣孔缺陷產(chǎn)生的規(guī)律分析，飛濺堵塞焊嘴是主要原因。通過對保護(hù)氣體及焊接工藝參數(shù)的優(yōu)化驗(yàn)證，最終達(dá)到了無飛濺，焊縫RT合格的要求。

參考文獻(xiàn)

[1] GB 18564.1金屬常壓罐體技術(shù)要求[S].2006.

[2] GB 709 熱軋鋼板和鋼帶的尺寸，外形，重量及允許偏差[S].2006.

[3] 楊春利等.電弧焊基礎(chǔ)[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2003.

[4] 陳祝年.焊接工程師手冊-2版[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.