高速列车铝合金车体的焊缝检验

在 ＣＲＨ３ 高 速 列 车 铝 合 金 车 体 中 ， 车 钩 连 接 板
对 接 焊 缝 形 式 为 １２ＤＶ， 是 用 ３５ ｍｍ厚 的 型 材 将 接
头 处 加 工 成 ２４ ｍｍ厚 并 开 Ｘ形 坡 口 ， 双 面 焊 接 ， 如
图７所示。
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图７ 车钩连接板坡口形式
刚开始生产时， 车钩连接板焊接后才进行射线探 对车钩连接板焊接工艺进行了调整， 决定在焊完一侧
修， 最终使焊缝达到标准要求。
１．２ 渗透检测 （ ＰＴ）
焊缝表面的开口缺陷最容易产生应力集中， 对焊
接构件危害极大。对于特别细小的裂纹缺陷， 通过目
测是发现不了的， 由于铝合金是非铁磁性材料， 所以
只能采用渗透检测的方法， 使缺陷处形成色彩反差，
从而发现焊缝表面裂纹缺陷， 确保已产生的焊接缺陷
不漏检。
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到灵敏度对比试块和工件的表面耦合问题， 可另加２ 未焊透等根部缺陷的波形相似， 且反射波的深度与法
ｍｍ－ ４ ｄＢ的 耦 合 差 ， 检 测 灵 敏 度 调 节 到 评 定 线 灵 敏 兰盘的厚度相对应。
度。探头在法兰盘上、下表面垂直于焊缝进行锯齿型
Ｗｅｌｄｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｖｏｌ．３７ Ｎｏ．１ Ｆｅｂ． ２００８ 文章编号： １００２－ ０２５Ｘ（ ２００８） ０１－ ００４９－ ０４
·焊接质量控制与管理· ４９
高速列车铝合金车体的焊缝检验
刘志平， 刘春宁， 王立夫
（ 中国北车集团唐山轨道客车有限责任公司 焊接中心， 河北 唐山 ０６３０３５）
片子编号 １６０ １６０Ａ ２４９ ２７０ ２７１ ２７２ ２７２Ａ ２６５ ２６５Ａ ２６８ ２６８Ａ ２６４ ２６４Ａ ２６３ ２６７ ２６７Ａ ２６９ ２８３ ２８３Ａ ２８２ ２８２Ａ ２９３ ２９３Ａ ２８９ ２８９Ｔ ２９４ ２９４Ｔ
备注 — — — — —
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—
— — — — —
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— 铣开后缺 陷在反面 铣开后缺 陷在反面
对于高速列车铝合金车体， 渗透检测一般应用在
以下４种情况： ①检查双面焊清根处是否有裂纹、未
熔合等缺陷； ②对有密封性要求的焊缝也必须用渗透
检测的方法检查是否有开口缺陷， 如车顶焊缝； ③如
某些焊缝需要去除焊接垫板时， 则去掉垫板的部位需
图２ 车体端墙调节板拼接焊缝
图３ 车钩梁组成双面焊焊缝
渗透检测对操作要求很严， 每一步都必须严格按 标准执行才能保证检测结果有效。渗透检测人员必须 经过专业培训， 并取得ＥＮ４７３的ＰＴ１级或ＰＴ２级资质才 能从事检测工作， 取得ＰＴ２级及其以上资质人员才能对 检测结果评定。工艺过程及要求： ①预清洗： 必须做 到干净， 如果开口缺陷被污物堵塞， 渗透液无法渗入 是无论如何也检测不出来的； ②刷渗透液： 必须均匀、 面积足够大 （ 包含热影响区） 、时间合适， 时间过长则 渗透液会干燥， 过短则不能充分渗入； ③中间清洗： 用干净的棉布沿一个方向擦拭， 清洗剂喷在布上， 不 能直接喷射到工件上， 以免造成过清洗 （ 即把缺陷内 的渗透液清洗掉） ； ④喷显像剂： 雾状均匀喷射。 １．３ 射线探伤 （ ＲＴ）
未熔合。
焊接后的外观检测主要包括： 外观形状及几何偏
差必须满足ＩＳＯ １００４２—１９９２标准 的 要 求 ， 焊 缝 表 面
应尽可能地均匀， 无纵向或横向缺口。
总之， 焊前、焊接中的外观检测主要保证焊接时
尽可能不出现质量问题； 焊后的外观检测及其它无损
检测主要目的是： 焊缝出现质量问题能及时发现并返
焊接技术 第 ３７ 卷第 １ 期 ２００８ 年 ２ 月
要用渗透检测的方法检查是否有开口缺陷； ④射线探 伤内部有缺陷需返修时， 应一边清理一边用渗透检测 跟踪， 以确定缺陷位置并清除。
铝合金车体端墙调节板拼接焊缝， 打磨去掉余高 后采用渗透检测方法发现的裂纹如图２所示， 车钩梁 组成双面焊焊缝背面清根后渗透检测发现的未熔合如 图３所示。
目前， 在我国研制的时速２００ ｋｍ／ｈ及３００ ｋｍ／ｈ的 高速列车， 其车体普遍采用铝合金焊接结构， 焊接质 量的好坏至关重要。诚然， 迅速发展的现代焊接技 术， 在很大程度上已能保证产品质量， 但由于焊接接 头组织性能的不均匀性， 焊接过程中难免会有缺陷产 生。为获得质量可靠的焊接结构， 采用先进合理的焊 接检验技术势在必行。
伤。因射线探伤无法确定缺陷的深度位置， 发现缺陷 ２道焊道， 并对反面进行清根后， 先进行渗透检测，
后， 只能从一侧清理至中间， 但缺陷却在焊缝的另一 合格后增加一次中间射线探伤。目的是确定这２道焊
侧。由于热处理强化铝合金每焊接一次强度约降低 道是否合格， 如合格则继续焊接， 如不合格， 则将焊
３０％， 所以原则上只允许补焊２次， 但对于车钩连接 道铣开， 并用渗透检测跟踪找出缺陷， 返修后再继续
（ ａ） 背面不倒角
（ ｂ） 背面倒角
图１ 背面是否倒角对焊缝的影响比较
焊接过程中的外观检测主要包括： 多层焊时， 在
下一焊道施焊前， 都要进行层间清理 （ 特别是焊缝金
属和母材的过渡区） ， 一旦发现有裂纹、空穴或其它
缺陷， 应该立即停止施焊， 将缺陷彻底清除掉。同时
还应注意焊道结构， 以达到足够的熔合比， 避免出现
板这样重要的工件， 另一合作方西门子公司只允许返 焊接直至完成。这样， 有缺陷的连接板在缺陷处只进
修１次。在这种情况下， 如果把该侧补焊好后再从另 行一次补焊， 有效地保证了车钩连接板的强度和质
一侧修理， 则中间根部可能已经焊过３次， 只能将该 量。改进焊接工艺后， 车钩连接板的一次焊接合格率
工 件 报 废 。 经 过 对 射 线 底 片 仔 细 分 析 并 跟 踪 修 理 过 达９０％以上， 效果极佳。
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丙酮清洗。不能使用角向砂轮打磨， 因为使用角向砂 轮打磨会使氧化膜熔合在母材表面， 而不能真正去除 掉。而且如果使用硬质砂轮， 其中的杂质会进入焊 缝， 导致热裂纹。其次是坡口角度及装配固定的间 隙、背部倒角等。铝合金焊接坡口角度较碳钢焊接时 的要大， 单 边 坡 口 一 般 采 用５５°Ｖ形 坡 口 ， 双 边 坡 口 采用每边３５°Ｖ形 坡 口 。 这 样 可 以 使 焊 接 的 可 达 性 提 高， 同时可降低未熔合缺陷的产生几率。装配间隙及 背 部 倒 角 （ ０．５￣１ ｍｍ） 有 利 于 气 体 的 排 放 和 避 免 焊 缝背面形成凹槽。背面是否倒角对薄板不开坡口焊缝 的影响如图１所示。
焊接检验分为无损检测和破坏性检测两大类。在 铝合金车体焊接检验中常用的无损检测方法有： 外观 检测、渗透检测、Ｘ射线探伤； 破坏性检测有： 力学 性能试验和金相检验。
收稿日期： ２００７－ １２－ １８
１ 焊缝无损检测 １．１ 外观检测 （ ＶＴ）
对 于 ＤＩＮ ６７００－ ５ 标 准 要 求 ＳＧＫ２．１￣２．３ 等 级 的 焊 缝， 其无损检测均包括１００％外观检测。外观检测以 目测为主 （ 必要时利用放大镜、量具、样板等） 对外 观尺寸和焊缝表面质量进行全面检查。
注： ｅ为合格； ｎｅ为不合格； ｉ．ｏ为可以； Ａ为第１次返修。缺陷代号： １００为裂纹； ４０１为未熔合； ２０１４为链状气孔； ２０１１为单个气孔。
从表１中可以看出： 经过一次返修合格的有４个；
不合格的有７个， 其中２个是铣开后缺陷在反面。改进 ３ 结论
焊接工艺后， 从００１７￣００５０号共３４个车钩连接板， 只
焊缝的外观检测分为： 焊前准备的外观检测、焊 接过程中的外观检测、焊接后的外观检测３个阶段。
焊前准备的外观检测主要项目有： 坡口形状、尺 寸和均匀度是否符合标准要求， 坡口及界面是否按要 求进行清理， 是否按图样及工艺规程进行装配固定。 焊前检测在铝合金焊接时非常重要， 首先是清理焊缝 区域的氧化膜等杂质， 尽可能使用不锈钢丝刷或者用
横向裂纹
纵向根部裂纹
纵向根部裂纹
未焊透 图４ 未焊透 气孔
图５ 气孔
横向裂纹
图６ 裂纹
射线探伤灵敏度是指： 在射线底片上可以观察到
的最小缺陷尺寸或最小细节尺寸， 也可理解为发现和
识别细小影像的难易程度。影响射线探伤灵敏度的因
素有胶片的种类、底片黑度、照射参数 （ 电压、电
流、曝光时间、射线源至工件的距离） 。
则判为缺陷。
缝进行超声波探伤， 可大大提高缺陷的检出率和检测
法兰盘与圆筒连接焊缝根部成形较好时， 一般无 效率， 降低了漏检率， 同时解决了探头在圆筒表面
反射波， 当存在根部缺陷时， 采用β＝４５°， ６０°的探头 耦合不良易产生漏检的问题， 在实践中收到了较好的
在法兰盘的上、下表面均可以探测到， 其波形特点与 效果。
扫查。
３ 结论
２．４ 缺陷的确定
以上介绍了焊接法兰盘角焊缝的结构形式、超声
当荧光屏出现反射波时， 应根据焊缝的结构、荧 波检测工艺的策划以及具体的检测工艺和缺陷的判
光屏上反射波的深度位置和水平位置、探头的β值进 定。运用该检测工艺， 使用折射角分别为４５°和６０°、
行判断 。 如 反 射 体 位 于 法 兰 盘 的 内 、 外２条 焊 缝 中 ， 前沿小于８ ｍｍ的２只探头对法兰盘与圆筒连接的角焊
录。它是利用阴极灯丝产生的电子高速轰击靶所产生 的电磁波穿透工件， 完好部位与缺陷部位透过的剂量 有差异， 从而在底片上形成缺陷影像。适用于检出夹 渣、气孔、未焊透等体积型缺陷。对与射线方向相一 致的面积型缺陷有较高检出率 （ 如裂纹、未熔合等） ， 如图４、图５及图６所示。
·焊接质量控制与管理· ５１
程， 发现缺陷大多产生在第１层焊道。找出原因后，
０００１￣００１６序号的车钩连接板射线探伤结果见表１。
５２ ·焊接质量控制与管理·
焊接技术 第 ３７ 卷第 １ 期 ２００８ 年 ２ 月
工件号 ０００１ ０００２ ０００３ ０００４ ０００５
０００６
０００７
０００８ ０００９ ００１０ ００１１ ００１２
摘要： 通过分析高速列车铝合金车体焊接过程中容易产生的缺陷， 介绍了不同的焊接检验方法在ＣＲＨ３高速列车 铝 合 金 车 体 上 的 应 用 ，
指出了焊接检验对高速列车铝合金车体焊接质量提高、焊接工艺改进的重要性。
关键词： 铝合金车体； 焊缝； 无损检测
源自文库
中图分类号： ＴＧ４５７．１４
文献标识码： Ｂ
焊缝检验结果可评定焊接工艺正确与否。同时，
有２个 是 一 次 返 修 后 合 格 ， 其 余 全 部 一 次 焊 接 合 格 ， 在制定焊接工艺时也可预先准备试样 （ 在ＣＲＨ３动车
４０１ ／ ２０１１ １００
４０１， ２０１４ ２０１２／４０１ ４０１， ２０１４
１００ ２０１１ ４０１／２０１１ ２０１４ ２０１１ ４０１、２０１４ ２０１４、１００ ４０１ ２０１１ ４０１ ２０１１ ２０１４ ２０１４ ２０１４ ２０１４
位置／ｃｍ （ 距引弧端距离） ２３０￣２６０ — — — — ５０～１１０ — ５０￣５５０ ２５０￣２７０
在铝合金车体上的重要焊缝如车钩连接板、车钩 梁装配、底架前端装配各个阶段的对接焊缝， 属于重 要焊缝， 焊缝质量好坏直接影响行车安全。按照检测 计划的要求， 上述焊缝须进行射线探伤。
Ｗｅｌｄｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｖｏｌ．３７ Ｎｏ．１ Ｆｅｂ． ２００８ 射线探伤最大的优点是： 能得到直观、长久的记
１０￣２０， ３５￣４５ （ ０￣５０） ／（ ９０￣１００） １００～２００， ３５０～４５０
５０￣８０ —
１４０￣１６０ １３０ —
１５０～４２０， ５２０～７００ １５０～１８０， ４１０ ０～７００ — ２３０～２６０ — ０～３００ ０～１５０ ０～３５０ ０～３５０
ＲＴ结 论 ｎｅ ｉ．ｏ ｉ．ｏ ｉ．ｏ ｉ．ｏ ｎｅ ｅ ｎｅ ｎｅ ｎｅ — — ｎｅ ｉ．ｏ ｎｅ ｎｅ ｉ．ｏ ｎｅ ｎｅ ｎｅ ｉ．ｏ ｎｅ ｉ．ｏ ｎｅ ｎｅ ｎｅ ｎｅ
００１３
００１４
００１５
００１６
是否合格 ｅ ｅ ｅ ｅ ｅ
ｎｅ
ｎｅ
ｎｅ ｅ ｎｅ ｅ ｎｅ
ｅ
ｅ
ｎｅ
ｎｅ
表１ ０００１～００１６号车钩连接板射线探伤结果
拍片次数 １ Ａ １ １ １ １ Ａ １ Ａ １ Ａ １ Ａ １ １ Ａ １ １ Ａ １ Ａ １ Ａ １ ２ １ ２
缺欠ＩＳＯ ６５２０－ １ ４０１ ２０１１ ２０１１ ２０１１ ２０１１ ４０１ ２０１１