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引弧板

用于焊缝焊接的工具

引弧板用于焊缝的焊接。在焊点的起点和终点处，常因对接焊缝的焊件剖口，所以焊件对接焊缝的型式有直边缝、单边V形缝、双边V形缝、U形缝、K形缝、X形缝等等。而焊缝的起点和终点处，常因不能熔透而出现凹形的焊口，为了避免受力后出现裂纹及应力集中，按《钢结构工程施工质量验收规范》的规定，施焊时应将两端焊至引弧板上，然后将多余部分切除，这样就不致减小焊缝处的截面。

应用场景
随着铁路现代化建设的高速发展，铝合金车体焊接结构已在轨道交通装备制造业获得广泛应用。由于铝合金材料本身具有导热快、膨胀系数大、易氧化等性能，因此在焊接过程中会产生一系列的困难，而使焊接过程中极易产生气孔、未熔合等焊接缺陷，必须进行返修焊接。但在实际焊接过程中，频繁出现的焊接缺陷造成了极高的焊接返修率，而铝合金焊接返修一般不能超过2次，否则将作报废处理。例如，对于高速列车铝合金车体结构中的关键部件车钩梁，报废1件其经济损失就高达15万元。但是，对于车钩梁的中厚板对接焊缝来讲，焊接返修时采用的传统的“平板” 式引弧板不能与焊缝表面紧密贴合，影响了焊接热量的快速传导，极易在返修焊缝的引弧端处产生未熔合等缺陷，造成焊接返修一次合格率仅为60%左右，因此有必要对这一问题进行研究，以提高一次焊接合格率。
使用方法
1.焊接返修处理方法
（1） 打磨缺陷 由于焊接缺陷多为焊缝局部问题，为了保证焊接可达性，在确定焊接缺陷位置并去除焊接缺陷后，应保证待焊区域根部宽度不小于5mm，并将待焊区域两端坡面根部和两侧坡口面铣削至圆滑过渡，使坡口角度不小于30°，从坡口根部至焊缝表面的纵向过渡区域坡度不小于1∶4。在彻底去除缺陷的前提下，应尽量减少焊缝去除量，以减少焊接返修填充量，从而控制热输入及焊接变形。
（2） 安装引弧板 由于铝合金MIG焊接过程中母材散热较快，熔池冷却速度也较快，在焊缝引弧端容易产生气孔、未熔合等焊接缺陷，因此，为避免缺陷产生，必须在焊缝引弧处加装与焊缝坡口形式相同的焊接引弧板。由于返修焊接起始部位为下坡焊，因此与焊缝坡口形式相同的引弧板并不能充分发挥引弧的作用，所以，普遍采用返修用引弧板用于焊接返修操作。引弧板为一矩形板，该矩形板的一侧壁为坡面，该坡面与矩形板一个面的夹角为坡角，该坡角为30°～45°。
焊接返修前将引弧板平放于焊缝上，使引弧板的坡面边缘与待焊区域起始端边缘贴合，即引弧板的坡面与纵向过渡区域相连接，并用F形卡具将引弧板与母材卡紧固定。
（3）焊接返修 若母材厚度≥8 mm，焊接前需要采用氧乙炔火焰预热待焊区域，使预热温度控制在80～120℃，在进行多层多道焊接时，道间温度控制在100～120℃。焊接返修完成后，松开卡具，并采用手工铣削方式打磨去除返修用引弧板。保留原始焊缝与返修焊接焊缝，并将两焊缝间连接处打磨光滑，使焊缝间高度一致。
2.现有返修用引弧板的缺点
（1） 由于返修用引弧板需要装配于焊缝之上，而且焊缝一般留有约1~2mm 余高，造成了引弧板与焊缝余高之间接触面积极小。焊接过程中，热量传导效果较差，局部热量较高将会严重影响纵向过渡区域的焊接质量，容易产生焊接未熔合及焊缝气孔缺陷。同时，由于局部温度较高，还会造成焊接接头中热影响区会出现软化，使母材强度降低。
（2） 熔化金属表面张力较小，流动性很强。焊接返修起始阶段为下坡焊，更加快了熔化金属的流动速度，造成引弧端处的热量不够集中，使引弧端纵向过渡区域以及坡口根部易产生焊接未熔合及焊缝气孔缺陷。
（3） 铝合金焊接热输入越大，性能降低的程度越严重。而返修焊接时引弧处缺陷的产生，会使焊缝局部因重复焊接而增大热输入，从而使焊接接头强度降低。
为此，针对现有返修用引弧板与焊缝和母材接触面积小的问题，笔者发明了一种新型返修用引弧板。
新型设计应用
1.新型返修用引弧板的设计方法
（1）设计思路
通过分析焊接返修造成的坡口根部未熔合缺陷，可推断熔化金属的流动速度超前于焊接熔池，使填充金属与母材坡口根部两侧并没有形成有效连接，造成焊缝与母材未熔合，而熔化金属流动速度快是由于引弧焊接时引弧板与母材焊缝间没有形成良好的热量传递、返修用引弧板导热不良造成。尝试将引弧板表面设计成凹形圆弧形状，使之与母材焊缝余高的凸形圆弧相匹配，增大返修用引弧板与母材的接触面积，增加热量传导速率。
（2）结构形状的设计方法
其形状为引弧板板体的一面具有与焊缝余高相配合的凹槽，板体上被凹槽穿设的至少一个侧壁为坡面，坡面与板体上凹槽所在面的夹角为30°～45°，即坡角为30°～45°。板体与焊接母材的厚度相同，该厚度是指板体上除凹槽、坡面所在位置的厚度。
以高速列车铝合金车体关键部件车钩梁10V坡口对接焊缝返修焊接为例，该返修用引弧板板体与焊接母材为相同材质的铝合金材料，且厚度相同，板体规格为10 mm×50mm×50mm，板体的一面加工出与焊缝余高相配合的凹槽，使凹槽的截面形状应能够容纳凸出于母材表面的焊缝余高，该凹槽可采用手工铣削方式加工完成，板体上被凹槽穿设的一个侧壁为坡面，该坡面与板体上凹槽所在面的夹角（坡角）为40°，在返修焊接过程中，引弧板的坡面的边缘与待焊区域上边缘相贴合，该夹角减小了返修用引弧板坡面与待焊区域间的纵向过渡区域表面坡口角度差异，实现了直线连接，以便于返修焊接。
2.新型返修用引弧板的使用方法
（1） 焊接缺陷去除完成后，将引弧板与母材采用F形卡具进行卡紧固定，采用F形卡具夹持在返修用引弧板背离母材的一面，实现返修用引弧板与母材间的卡紧固定。保证引弧板与工件表面贴合紧密，保证引弧板的坡面与待焊区域上边缘贴合平齐，实现直线连接，以便于返修焊接。
（2） 焊接前使用氧乙炔火焰对待焊区域进行预热，预热过程中火焰应调整为碳化焰，并且火焰应能够在预热区域上方自由移动，但应避免直接加热返修用引弧板。使用接触式测温仪进行温度测量，预热温度控制在100℃左右，焊接过程采用多层多道焊，焊接道间温度控制在110℃左右。
（3） 对待焊接区域进行焊接。返修焊接完成后，待母材焊缝冷却至室温或25℃时，拆除F形卡具。采用风动直磨机铣削去除返修用引弧板，将返修用引弧板与焊缝连接处打磨光滑。
（4） 采用风动直磨机去除引弧板，去除后进行纵向打磨，将接头处打磨至圆滑过渡，返修焊缝与原始焊缝保持高度一致。
3.新型返修用引弧板的应用效果及优点
通过在车钩梁返修中实际应用证明，使焊接操作技能要求降低，明显降低缺陷产生的几率，使焊缝返修一次合格率由60%提升到100%，缩短车钩梁制造周期达40%以上。通过验证，这种新型返修用引弧板具有以下优点：
（1） 结构简单，便于加工制作：只需测量4个数值（母材厚度、焊接坡口角度、坡口根部间隙、焊缝余高）用以确定凹槽尺寸，便可批量加工制作。
（2） 安装拆除方便：采用F形卡具进行卡紧固定，可靠牢固，拆装方便。
推广前景
这种新型返修用引弧板适用于铝合金材料8mm以上中厚板材的对接焊缝返修。由于焊接铝合金车体板材及型材以8mm及以上尺寸居多，其对接焊缝焊接返修多采用多层多道焊，焊前需进行火焰预热，此新型引弧板可加快焊缝引弧端热量传导的速率，避免由于引弧板过热而造成的引弧板与焊缝连接处接头强度软化。
这种新型返修用引弧板也适用于长焊缝的焊接。长焊缝焊接不可避免会留有接头，新型引弧板与母材间良好的热传导性，可减少接头处焊接未熔合、焊缝气孔缺陷的产生几率，保证接头焊接质量。
总结
凹槽式新型返修用引弧板的应用，使引弧板与焊缝和母材的接触面积增大，加快了母材与引弧板间的热量传导速率，从而减少了返修焊接缺陷的产生，取得了良好的返修焊接效果。这种新型焊接引弧板已经申报国家专利。
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