《軌道車輛側梁增強活性雷射MAG複合焊接方法》是南車青島四方機車車輛股份有限公司於2014年12月23日申請的發明專利，該專利的申請號為201410814347X，公布號為CN104551406A，公布日為2015年4月29日，發明人是吳向陽、張志毅、馬寅、李文、陳北平、萬里、路浩，該專利涉及軌道車輛技術領域。
《軌道車輛側梁增強活性雷射MAG複合焊接方法》包括以下步驟：將B2O3、MnCl2、CaCl2、MnO2、SiO2、丙酮與有機溶液充分混合併沉澱，形成糊狀的增強活性劑；將所述增強活性劑塗刷在側梁T型坡口背面，對側梁T型坡口正面預熱，待有機溶液揮發完成後，等待焊接；採用由二氧化碳、氦和氬組成的三元氣體混合物作為保護氣體；將雷射束髮射槍固定在機械手自動焊槍，對側梁T型坡口進行雷射MAG複合焊接。
2018年12月20日，《軌道車輛側梁增強活性雷射MAG複合焊接方法》獲得第二十屆中國專利銀獎。
基本介紹
- 中文名：軌道車輛側梁增強活性雷射MAG複合焊接方法
- 公布號：CN104551406A
- 公布日：2015年4月29日
- 申請號：201410814347X
- 申請日：2014年12月23日
- 申請人：南車青島四方機車車輛股份有限公司
- 地址：山東省青島市城陽區錦宏東路88號
- 發明人：吳向陽、張志毅、馬寅、李文、陳北平、萬里、路浩
- 分類號：B23K26/348（2014.01）I
- 代理機構：北京路浩智慧財產權代理有限公司
- 類別：發明專利
- 代理人：郝瑞剛
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,有益效果,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
軌道車輛側梁結構一直採用自動或半自動MAG電弧焊技術。由於側梁結構是封閉式的箱體焊接結構，只能進行單面坡口焊，而傳統的MAG焊工藝其焊縫深能力有限，通過大量的焊縫解剖發現，焊接接頭尤其是T型接頭經常存在焊縫根部未熔透的缺陷，背面焊角形成不僅需要大量的參數及高技術的組裝技術，而且在焊接後變形量大，極易造成焊漏、未焊透等不可修復缺陷。這樣，就可能導致側梁焊接結構疲勞強度顯著下降，甚至影響車輛行駛安全和服役壽命。
發明內容
專利目的
《軌道車輛側梁增強活性雷射MAG複合焊接方法》的目的是提供一種軌道車輛側梁增強活性雷射MAG複合焊接方法，以克服2014年12月前已有技術對軌道車輛側梁T形坡口進行MAG電弧焊接時，在焊縫根部易出現未焊透缺陷而導致應力集中的問題。
技術方案
《軌道車輛側梁增強活性雷射MAG複合焊接方法》包括以下步驟：
S1.將B2O3、MnCl2、CaCl2、MnO2、SiO2、丙酮與有機溶液充分混合併沉澱，形成糊狀的增強活性劑；
S2.將所述增強活性劑塗刷在側梁T型坡口背面，對側梁T型坡口正面預熱，待有機溶液揮發完成後，等待焊接；
S3.採用由二氧化碳、氦和氬組成的三元氣體混合物作為保護氣體；
S4.將雷射束髮射槍固定在機械手自動焊槍，對側梁T型坡口進行雷射MAG複合焊接。
優選地，所述步驟S1中，所述增強活性劑中，粉末的重量配比為：20％～40％的B2O3、5％～20％的MnCl2、15％～45％的CaCl2、15％～30％的MnO2以及0％～60％的SiO2，溶液的體積配比為：10％的丙酮以及90％有機溶液。
優選地，所述步驟S1中，沉澱時間為4小時。
優選地，所述步驟S2中，對側梁T型坡口正面兩側50毫米範圍內預熱。
優選地，所述步驟S3中，所述三元氣體混合物的配比為：19％的二氧化碳、1％的氦以及80％的氬。
優選地，所述步驟S4中，將雷射束髮射槍固定在機械手自動焊槍與側梁T型坡口面形成80°夾角。
優選地，所述步驟S4中，焊機參數為：電流為180安～210安，電壓為23伏～25伏。
優選地，所述步驟S4中，雷射參數為：離焦量為2毫米，光絲間距為2毫米。
優選地，所述步驟S4中，焊接速度為50毫米/分鐘～80毫米/分鐘。
優選地，所述步驟S4中，保護氣體流量為18升/分鐘～20升/分鐘。
有益效果
該發明的軌道車輛側梁增強活性雷射MAG複合焊接方法解決了2014年12月前已有技術對軌道車輛側梁T形坡口進行MAG電弧焊接時，在焊縫根部易出現未焊透缺陷而導致應力集中的問題，實現了側梁結構T型單面坡口焊雙面成形工藝，在背面焊縫成形良好的同時，由於焊接熱輸入降低，較少背面焊接難度，抑制了焊接變形，提高了焊接強度，並簡化了焊接工藝，提高了轉向架側梁的可靠性。
權利要求
1.《軌道車輛側梁增強活性雷射MAG複合焊接方法》其特徵在於，包括以下步驟：
S1.將B2O3、MnCl2、CaCl2、MnO2、SiO2、丙酮與有機溶液充分混合併沉澱，形成糊狀的增強活性劑；所述增強活性劑中，粉末的重量配比為：20％～40％的B2O3、5％～20％的MnCl2、15％～45％的CaCl2、15％～30％的MnO2以及0％～60％的SiO2，溶液的體積配比為：10％的丙酮以及90％有機溶液；
S2.將所述增強活性劑塗刷在側梁T型坡口背面，對側梁T型坡口正面預熱，待有機溶液揮發完成後，等待焊接；
S3.採用由二氧化碳、氦和氬組成的三元氣體混合物作為保護氣體；所述三元氣體混合物的配比為：19％的二氧化碳、1％的氦以及80％的氬；
S4.將雷射束髮射槍固定在機械手自動焊槍，對側梁T型坡口進行雷射MAG複合焊接。
2.根據權利要求1所述的軌道車輛側梁增強活性雷射MAG複合焊接方法，其特徵在於，所述步驟S1中，沉澱時間為4小時。
3.根據權利要求2所述的軌道車輛側梁增強活性雷射MAG複合焊接方法，其特徵在於，所述步驟S2中，對側梁T型坡口正面兩側50毫米範圍內預熱。
4.根據權利要求1所述的軌道車輛側梁增強活性雷射MAG複合焊接方法，其特徵在於，所述步驟S4中，將雷射束髮射槍固定在機械手自動焊槍與側梁T型坡口面形成80°夾角。
5.根據權利要求1-4中任何一項所述的軌道車輛側梁增強活性雷射MAG複合焊接方法，其特徵在於，所述步驟S4中，焊機參數為：電流為180安～210安，電壓為23伏～25伏。
6.根據權利要求5所述的軌道車輛側梁增強活性雷射MAG複合焊接方法，其特徵在於，所述步驟S4中，雷射參數為：離焦量為2毫米，光絲間距為2毫米。
7.根據權利要求6所述的軌道車輛側梁增強活性雷射MAG複合焊接方法，其特徵在於，所述步驟S4中，焊接速度為50毫米/分鐘～80毫米/分鐘。
8.根據權利要求7所述的軌道車輛側梁增強活性雷射MAG複合焊接方法，其特徵在於，所述步驟S4中，保護氣體流量為18升/分鐘～20升/分鐘。
實施方式
該實施例的軌道車輛側梁增強活性雷射MAG複合焊接方法，其特徵在於，包括以下步驟：
S1.將B2O3、MnCl2、CaCl2、MnO2、SiO2、丙酮與有機溶液充分混合併沉澱，沉澱時間為4小時，形成糊狀的增強活性劑；針對轉向架用耐候鋼材料特點按照重量配比：所述步驟S1中，所述增強活性劑中，粉末的重量配比為：20％～40％的B2O3、5％～20％的MnCl2、15％～45％的CaCl2、15％～30％的MnO2以及0％～60％的SiO2，溶液的體積配比為：10％的丙酮以及90％有機溶液，而所述粉末與所述溶液的具體比例應根據實際情況來確定，即只要能混合形成糊狀即可，其中，B2O3的純度為99.5％。
該實施例中所述粉末的具體重量配比可以為如下幾種情況：
（1）20％的B2O3、5％的MnCl2、15％的CaCl2、15％的MnO2以及45％的SiO2；
（2）30％的B2O3、10％的MnCl2、30％的CaCl2、20％的MnO2以及10％的SiO2；
（3）40％的B2O3、15％的MnCl2、25％的CaCl2、15％的MnO2以及5％的SiO2；
（4）20％％的B2O3、20％的MnCl2、45％的CaCl2、15％的MnO2以及0％的SiO2；
（5）20％的B2O3、5％的MnCl2、15％的CaCl2、30％的MnO2以及30％的SiO2；
（6）20％的B2O3、20％的MnCl2、20％的CaCl2、25％的MnO2以及15％的SiO2；
所述粉末的具體重量配比因根據實際情況來選擇，本領域技術人員能夠在該實施例的基礎上根據具體的焊接要求和焊接情況來選擇合適的配比，此處不再贅述。
S2.將所述增強活性劑塗刷在側梁T型坡口背面，對側梁T型坡口正面兩側50毫米範圍內預熱，待有機溶液揮發完成後，等待焊接。
S3.採用由二氧化碳、氦和氬組成的三元氣體混合物作為保護氣體；具體的，所述三元氣體混合物按照重量的配比為：19％的二氧化碳、1％的氦以及80％的氬。
S4.將雷射束髮射槍固定在機械手自動焊槍與側梁T型坡口面形成80°夾角，對側梁T型坡口進行雷射MAG複合焊接。
針對動車組轉向架用耐候鋼材，配合如下焊接工藝參數：焊機參數為：電流為180安～210安，電壓為23伏～25伏；雷射參數為：離焦量為2毫米，光絲間距為2毫米；焊接速度為50毫米/分鐘～80毫米/分鐘；保護氣體流量為18升/分鐘～20升/分鐘。由於焊接熱輸入相對於MAG焊線能量小於7千焦/厘米，自由狀態焊接變形覺量減小4°。
該實施例的軌道車輛側梁增強活性雷射MAG複合焊接方法的優點主要為：焊接效率提高，焊縫填充金屬量減少。具體的，雷射與電弧的相互作用使焊接速度提高，其中對接接頭焊接速度平均提高1.2倍，T型接頭焊接速度提高1.1倍，管板搭接接頭焊接速度提高1.2倍。研究開發的4毫米大鈍邊0毫米組裝間隙焊接工藝可使對接接頭、T型接頭和管板搭接接頭的焊縫填充金屬量分別平均減少67％、53％和42％，同時形成T型角焊縫單面焊接雙面成型效果。
該發明藉助於雷射-MAG複合熱源焊接系統並結合高速動車組轉向架側梁的構架結構特點和焊接接頭型式，針對對接、T型角接和管板搭接的接頭型式在系統研究雷射-MAG複合焊工藝參數（包括雷射功率、離焦量、焊接電流、電弧電壓、焊接速度）以及坡口角度、鈍邊尺寸、組焊間隙等對焊縫成形、焊接質量和接頭性能影響規律的基礎，輔助80％Ar+19％CO2+1％He三元氣體保護，通過增加小於1％的He減少焊接飛濺保護熔池溫度，採用配的增強型活性劑在角焊縫連線背面噴塗，增加角焊縫背面焊接角焊縫成型。實現了轉向架側梁結構增強活性的雷射-MAG複合焊接技術。
榮譽表彰
2018年12月20日，《軌道車輛側梁增強活性雷射MAG複合焊接方法》獲得第二十屆中國專利銀獎。
