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摘要：铝合金地铁使用新型型材时发现，型材部分板材厚度增加后，焊缝区域UT检测出现焊接缺陷的数量、尺寸显著增加。通过焊接试验，从焊枪角度、焊道分布等方面进行分析，优化了自动焊焊接工艺，保证焊缝探伤合格率达到100%。
关键词：型材;自动焊;焊接工艺;焊枪角度;焊道分布
1 引言
铝合金具有耐腐蚀、密度低、强度高等优点，作为车体结构的优质材料在轨道车辆上有广泛的应用。焊接是最有效的连接方式之一，在车体制造中有至关重要的作用，车体总体质量与各部件的焊接质量息息相关。
2 自动化焊接问题
新型型材焊接后，厚板侧的自动焊焊缝区域UT检测结果表明焊缝内存在大量线性缺欠，如图1所示。缺欠长度2mm至230mm不等、缺欠深度约为12mm，修复过程中发现焊缝内部的缺欠形式主要为未熔合。
图1 焊缝UT检测
3问题分析
3.1 焊接工艺规程问题
现车使用的焊接工艺规程适用于板厚t1=16mm与t2=16mm组合，带垫板的对接焊缝，焊缝为四层8道焊，根部间隙为3-5mm，如图2所示。新型材的板厚为t=18mm，与焊接工艺规程板厚相差仅2mm，理论上可以借用，为落实对焊接质量的具体影响，需要进行符合实际生产状况的焊接试验。
图2 焊接接头
3.2焊接操作过程因素
根据产生缺欠的深度判断，焊缝的第三、四层是出现未熔合缺陷的重点区域。
首先利用焊接试件进行焊接过程再现，在焊接焊缝第二层过程中发现焊枪角度的选择存在问题。焊枪角度的变化直接影响焊缝在焊道内的成形状态，焊缝和坡口面形成夹角的大小又和焊缝根部、坡口面的熔合程度有很大的关系;在焊接第三层焊缝时，焊接工艺规程规定的2道焊也存在焊缝覆盖不足的问题，也可能造成层间未熔的缺欠产生。
综上所述，焊接过程中第二层焊道焊枪角度与第三层焊道的分布是造成焊接质量问题的主要因素，具体分析如下：
（1）焊枪角度问题
焊缝第一层焊接结束后，焊缝表面的宽度大约在6-9mm之间，焊接第二层焊缝时，焊枪与母材的夹角为100°左右，此时容易造成焊缝与对面侧坡口形成窄而深的焊道。这种焊道最容易产生层间未熔的缺欠，要进行下道焊缝的焊接就要进行大量的清理工作，如果清理不到位易造成根部未熔合，实际在焊接过程中第二、三层的焊枪角度选择都非常重要，都直接关系到每层焊缝的熔合效果。
（2）第三层焊道分布问题
试件的焊接试验中发现第三层焊道布置存在纰漏。使用当前焊接工艺规程时，每道焊缝的宽度大约在9-11mm之间。第二层焊接结束后焊缝表面宽度约为13-17mm。
第三层焊缝采用2道焊，容易出现焊缝与坡口、焊缝与焊缝之间搭接量不足，从而造成未熔合的现象，特别是在坡口侧，如果电弧没有直接作用在坡口面，而只有熔池的边缘接触到了坡口面，在母材快速导热的状态下，就会产生焊缝和坡口侧未熔合的现象。在多层多道焊接时，焊道的布局理想状态是每道焊缝3-6mm依次分布，因此焊缝第三层进行焊接时，要达到焊缝布局的理想状态还要配合最佳的焊枪角度。
4解决方案
通过现车焊接质量影响因素分析并对焊接过程试验再现，初步确定了自动焊焊缝出现线性缺欠的原因。针对这些原因进行了生产模拟件的试验，在焊接经验和理论分析的支撑下，对模拟件进行了每一步的规范，初步确定了新的焊接工艺规程，如表1所示。
4.1焊缝第二层的焊接
第二层的第1道焊缝尤为关键，直接关系到第2道焊缝焊道的断面状态，也是减少打磨量、保证焊接质量和提高生产效率的重点。第1道焊缝焊枪角度决定了焊接质量，焊枪与母材的夹角选取为空间允许的最大值，大约为125°-135°，前进角10°-15°。
焊接完成后焊缝布置状态良好，如图3所示。第3道焊缝的焊枪角度按照第1道焊缝的状态即可。
4.2第三层焊缝的焊接
第三层焊缝的焊接由原有的焊接工艺规程规定的2道焊改为3道焊，设计两种焊道布局的方案，对两种焊道布局方案进行了验证。
（1）方案1
方案1采用焊缝依次焊接的方式，这种布局方式对焊枪角度的要求较高，其中第1道焊缝焊枪角度为100°-110°，焊丝的指向偏向坡口侧一个焊丝直径的尺寸。第2道焊缝焊接时保持不变，为第3道焊缝的焊接创造良好的条件。
（2）方案2
先焊接两侧焊缝后焊接中间焊缝，在保持焊接参数不变的情况下，焊枪角度和方案1稍有不同，其中第1、2道焊缝角度相同，第3道焊缝与第一层焊缝的焊枪角度相同。
基于以上两种方案，分别开展了3块试板的焊接試验，焊接完成后进行UT探伤检测，结果显示焊接质量符合标准。优化后的焊接工艺在现车生产中进行了实施，也未发现焊缝内部缺欠问题，由于方案1焊后成形较为美观，选用方案1作为执行方案。
结论
通过焊接工艺规程的优化，新型型材焊缝的UT探伤合格率到达了100%，保证了焊接质量，提高了生产效率。
此焊接试验的思路和方法同样适合所有相关结构的厚板焊接，在铝合金车体焊接制造中有较广的推广价值和较高的经济效益。
参考文献
[1]林诗涵，马宇辰，曹津铭，林福军.铝合金地铁车辆车顶焊接变形研究[J].内燃机与配件，2020（03）：124-126.
[2]曹永青，宋联美，张锦丽，金文中，石磊，安俊超.5083铝合金CMT焊接焊缝质量研究[J/OL].热加工工艺，2020（15）：110-113.
[3]史效智，张永杰，程石来.焊枪后倾角对铝合金自动焊缝外观及质量的影响[J].金属加工（热加工），2019（06）：67-69.
关键词：型材;自动焊;焊接工艺;焊枪角度;焊道分布
1 引言
铝合金具有耐腐蚀、密度低、强度高等优点，作为车体结构的优质材料在轨道车辆上有广泛的应用。焊接是最有效的连接方式之一，在车体制造中有至关重要的作用，车体总体质量与各部件的焊接质量息息相关。
2 自动化焊接问题
新型型材焊接后，厚板侧的自动焊焊缝区域UT检测结果表明焊缝内存在大量线性缺欠，如图1所示。缺欠长度2mm至230mm不等、缺欠深度约为12mm，修复过程中发现焊缝内部的缺欠形式主要为未熔合。
图1 焊缝UT检测
3问题分析
3.1 焊接工艺规程问题
现车使用的焊接工艺规程适用于板厚t1=16mm与t2=16mm组合，带垫板的对接焊缝，焊缝为四层8道焊，根部间隙为3-5mm，如图2所示。新型材的板厚为t=18mm，与焊接工艺规程板厚相差仅2mm，理论上可以借用，为落实对焊接质量的具体影响，需要进行符合实际生产状况的焊接试验。
图2 焊接接头
3.2焊接操作过程因素
根据产生缺欠的深度判断，焊缝的第三、四层是出现未熔合缺陷的重点区域。
首先利用焊接试件进行焊接过程再现，在焊接焊缝第二层过程中发现焊枪角度的选择存在问题。焊枪角度的变化直接影响焊缝在焊道内的成形状态，焊缝和坡口面形成夹角的大小又和焊缝根部、坡口面的熔合程度有很大的关系;在焊接第三层焊缝时，焊接工艺规程规定的2道焊也存在焊缝覆盖不足的问题，也可能造成层间未熔的缺欠产生。
综上所述，焊接过程中第二层焊道焊枪角度与第三层焊道的分布是造成焊接质量问题的主要因素，具体分析如下：
（1）焊枪角度问题
焊缝第一层焊接结束后，焊缝表面的宽度大约在6-9mm之间，焊接第二层焊缝时，焊枪与母材的夹角为100°左右，此时容易造成焊缝与对面侧坡口形成窄而深的焊道。这种焊道最容易产生层间未熔的缺欠，要进行下道焊缝的焊接就要进行大量的清理工作，如果清理不到位易造成根部未熔合，实际在焊接过程中第二、三层的焊枪角度选择都非常重要，都直接关系到每层焊缝的熔合效果。
（2）第三层焊道分布问题
试件的焊接试验中发现第三层焊道布置存在纰漏。使用当前焊接工艺规程时，每道焊缝的宽度大约在9-11mm之间。第二层焊接结束后焊缝表面宽度约为13-17mm。
第三层焊缝采用2道焊，容易出现焊缝与坡口、焊缝与焊缝之间搭接量不足，从而造成未熔合的现象，特别是在坡口侧，如果电弧没有直接作用在坡口面，而只有熔池的边缘接触到了坡口面，在母材快速导热的状态下，就会产生焊缝和坡口侧未熔合的现象。在多层多道焊接时，焊道的布局理想状态是每道焊缝3-6mm依次分布，因此焊缝第三层进行焊接时，要达到焊缝布局的理想状态还要配合最佳的焊枪角度。
4解决方案
通过现车焊接质量影响因素分析并对焊接过程试验再现，初步确定了自动焊焊缝出现线性缺欠的原因。针对这些原因进行了生产模拟件的试验，在焊接经验和理论分析的支撑下，对模拟件进行了每一步的规范，初步确定了新的焊接工艺规程，如表1所示。
4.1焊缝第二层的焊接
第二层的第1道焊缝尤为关键，直接关系到第2道焊缝焊道的断面状态，也是减少打磨量、保证焊接质量和提高生产效率的重点。第1道焊缝焊枪角度决定了焊接质量，焊枪与母材的夹角选取为空间允许的最大值，大约为125°-135°，前进角10°-15°。
焊接完成后焊缝布置状态良好，如图3所示。第3道焊缝的焊枪角度按照第1道焊缝的状态即可。
4.2第三层焊缝的焊接
第三层焊缝的焊接由原有的焊接工艺规程规定的2道焊改为3道焊，设计两种焊道布局的方案，对两种焊道布局方案进行了验证。
（1）方案1
方案1采用焊缝依次焊接的方式，这种布局方式对焊枪角度的要求较高，其中第1道焊缝焊枪角度为100°-110°，焊丝的指向偏向坡口侧一个焊丝直径的尺寸。第2道焊缝焊接时保持不变，为第3道焊缝的焊接创造良好的条件。
（2）方案2
先焊接两侧焊缝后焊接中间焊缝，在保持焊接参数不变的情况下，焊枪角度和方案1稍有不同，其中第1、2道焊缝角度相同，第3道焊缝与第一层焊缝的焊枪角度相同。
基于以上两种方案，分别开展了3块试板的焊接試验，焊接完成后进行UT探伤检测，结果显示焊接质量符合标准。优化后的焊接工艺在现车生产中进行了实施，也未发现焊缝内部缺欠问题，由于方案1焊后成形较为美观，选用方案1作为执行方案。
结论
通过焊接工艺规程的优化，新型型材焊缝的UT探伤合格率到达了100%，保证了焊接质量，提高了生产效率。
此焊接试验的思路和方法同样适合所有相关结构的厚板焊接，在铝合金车体焊接制造中有较广的推广价值和较高的经济效益。
参考文献
[1]林诗涵，马宇辰，曹津铭，林福军.铝合金地铁车辆车顶焊接变形研究[J].内燃机与配件，2020（03）：124-126.
[2]曹永青，宋联美，张锦丽，金文中，石磊，安俊超.5083铝合金CMT焊接焊缝质量研究[J/OL].热加工工艺，2020（15）：110-113.
[3]史效智，张永杰，程石来.焊枪后倾角对铝合金自动焊缝外观及质量的影响[J].金属加工（热加工），2019（06）：67-69.