淺談電梯轎廂中的焊接缺陷

電梯是標(biāo)志現(xiàn)代物質(zhì)文明的垂直運輸工具，是機電一體化的復(fù)雜運輸設(shè)備。電梯部件主要分為轎廂部件、井道部件、曳引機部件等，以轎廂部件為例，我國電梯轎廂大部分為焊接轎廂，產(chǎn)品的焊接質(zhì)量直接關(guān)乎著電梯整體的焊接質(zhì)量。本文以ISO5817-2014焊接—鋼、鎳、鈦及其合金的熔化焊接頭（束焊除外）—缺欠質(zhì)量等級中的C級檢驗標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，對熔化極活性氣體保護(hù)焊（MAG焊接的工藝方式）生產(chǎn)的電梯轎廂部件中常見焊接缺陷進(jìn)行分析，尋找在電梯焊接過程中經(jīng)常出現(xiàn)的焊接缺陷和缺陷產(chǎn)生的原因。焊接缺陷焊接缺陷是指焊接接頭部位在焊接過程中形成的缺陷，常見的焊接缺陷包括氣孔、夾雜（渣）、未焊透、未熔合、裂紋、凹坑、咬邊、焊瘤等。其中，氣孔、夾渣(點狀)屬體積型缺陷；條渣、未焊透、未熔合與裂紋屬線性缺陷，也可稱為面型缺陷。電梯轎廂經(jīng)常產(chǎn)生焊接氣孔、未熔合、咬邊、焊瘤、凹坑等表面缺陷，而往往很多焊接不良均是由這些缺陷產(chǎn)生，焊接不良會導(dǎo)致不同程度的安全風(fēng)險，本文就從這些常規(guī)的缺陷入手分析。氣孔氣孔作為最常見的焊接缺陷之一，是焊接時熔池中的氣泡在凝固時未能完全逸出，殘留下來的空穴成為氣孔，主要分為氫氣孔、氮氣孔、一氧化碳?xì)饪椎阮愋?，氣孔的形狀不?guī)則，分為單個氣孔和密集型氣孔（圖1），熔化極活性氣體保護(hù)焊經(jīng)常出現(xiàn)的氣孔為氫氣孔和氮氣孔。⑴氫氣孔出現(xiàn)多為原材料表面存在油污、水等雜質(zhì)，工作環(huán)境中的濕度過高也會造成氫氣孔數(shù)量的增加，從而產(chǎn)生危險性過高的密集型氫氣孔。⑵氮氣孔出現(xiàn)經(jīng)常伴隨著焊接縮孔，表面密集氣孔的出現(xiàn)，多為焊絲停留時間短，填充金屬不夠造成氣體保護(hù)不充分，空氣進(jìn)入到熔池中，從而產(chǎn)生氣孔。而依照ISO5817-2014標(biāo)準(zhǔn)，縮孔和密集型氣孔均需返工處理，避免產(chǎn)生焊縫強度不足，引起開裂。圖1密集型氣孔圖2咬邊缺陷形式焊接咬邊焊接咬邊屬于形狀缺陷，主要是沿焊趾的母材部位產(chǎn)生的溝槽或凹陷，從而造成應(yīng)力集中，產(chǎn)生焊縫開裂。咬邊分為非連續(xù)性焊接咬邊缺陷和連續(xù)性焊接咬邊缺陷（圖2），按照ISO5817-2014中C級標(biāo)準(zhǔn)要求，咬邊深度不得操作0.5倍的板厚，而連續(xù)性咬邊是不允許出現(xiàn)的，檢驗發(fā)現(xiàn)后需要進(jìn)行返工處理。經(jīng)過多次驗證發(fā)現(xiàn)，焊接咬邊經(jīng)常出現(xiàn)的主要原因多為焊接參數(shù)使用不正確以及焊槍行走過程的不穩(wěn)定，造成熔池將多余母材熔化，而熔化的焊材未進(jìn)行及時填充，從而形成焊接咬邊缺陷，此外，由于設(shè)計的原因?qū)е潞附硬粚ΨQ，具體如搭接焊縫，由于焊縫的尺寸同母材的厚度相同，為保證焊縫成形，相同的焊接參數(shù)，搭接焊縫多會造成連續(xù)性咬邊，所以此處需要從研發(fā)設(shè)計角度去識別焊縫可靠性，避免造成設(shè)計上的焊接缺陷。焊接未熔合焊接未熔合是金屬和母材之間或焊道金屬與焊道金屬之間未完全融化，結(jié)合的部分稱為未熔合。未熔合最大的風(fēng)險之一，從外觀無法判斷缺陷是否產(chǎn)生，屬于內(nèi)部缺陷，而且按照ISO5817-2014標(biāo)準(zhǔn)要求中，任何等級都不接受未熔合的發(fā)生。進(jìn)行破斷試驗，如圖3所示連續(xù)性未熔合，我們可以很清楚的看到焊縫與母材的有效連接不足實際連接區(qū)域的10%；此外還有如圖4所示的點狀未熔合，進(jìn)行點狀定位焊接的破斷試驗可發(fā)現(xiàn)。產(chǎn)生未熔合的主要原因之一是為母材狀態(tài)，焊接前的要求是要保證焊縫表面無油、無銹、無氧化層，因為任何雜質(zhì)都會成為焊縫與母材熔合過程的障礙，從而造成焊接未熔合。此外，合理的焊接工藝參數(shù)和焊接工位位置也是有效減少未熔合發(fā)生的重要方式之一。圖3連續(xù)性未熔合圖4點狀未熔合焊接裂紋焊接裂紋同焊接未熔合一樣，均是焊接缺陷中最為危險的一類焊接缺陷，其是指金屬在焊接應(yīng)力及其他致脆的因素共同作用下，焊接接頭中局部區(qū)域金屬原子結(jié)合力遭到破壞而形成的縫隙。而焊接裂紋的種類較多，如按照外觀進(jìn)行劃分，分為橫向裂紋、縱向裂紋、弧坑裂紋、放射狀裂紋等。而電梯焊接中最常見的裂紋，應(yīng)屬于弧坑裂紋（圖5），而在檢驗過程中，會忽視弧坑裂紋，或?qū)⒒】恿鸭y誤認(rèn)為是收弧氣孔，而不采取任何處理，最終造成焊縫的開裂，影響產(chǎn)品最終質(zhì)量，順延收弧氣孔處的細(xì)微裂紋屬于弧坑裂紋（圖6）。圖5弧坑裂紋圖6順延收弧氣孔處的細(xì)微裂紋為弧坑裂紋焊接飛濺焊接飛濺（圖7）為焊接過程中熔化的金屬和熔渣向周圍飛散形成的不規(guī)則球形，焊接飛濺屬于最常見的焊接缺陷，在熔化極活性氣體保護(hù)焊工藝中，飛濺無法完全避免，但焊接飛濺的增加會造成焊接填充材料的用量增加以及焊接后防腐質(zhì)量的降低。缺陷改善說明如何減少焊接缺陷的發(fā)生，提高焊接質(zhì)量以及產(chǎn)品質(zhì)量是我們追求的目標(biāo)，而上述描述的幾種焊接缺陷是在電梯轎廂生產(chǎn)過程中最為常見的焊接缺陷，經(jīng)試驗和不完全統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，電梯轎廂焊接生產(chǎn)過程中，這5類焊接缺陷約占焊接質(zhì)量問題的95%（圖8），降低這5種焊接缺陷的發(fā)生頻率可以有效提升電梯轎廂的焊接質(zhì)量。圖7焊接飛濺合理的焊接工藝是支持高焊接質(zhì)量的基礎(chǔ)，其中包括了焊接參數(shù)信息，焊接位置信息，以及焊接材料的使用和處理，其中焊接參數(shù)是工藝的核心，參數(shù)的選擇和控制需要因地制宜的選擇，根據(jù)不同的接頭形式、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)需要制定不同的焊接工藝參數(shù)，避免造成同一焊接參數(shù)焊接不同的位置和結(jié)構(gòu)的焊縫，造成焊接缺陷的產(chǎn)生。焊接原材料狀態(tài)，很多焊接原材料在制造過程中，運輸過程中會產(chǎn)生氧化、生銹的現(xiàn)象，而焊接前的有效處理，可以減少因氧化、銹蝕等雜物對焊縫質(zhì)量的影響，從而提高焊接質(zhì)量。焊接設(shè)計、焊接產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)是通過設(shè)計來保證的，而合理的焊接設(shè)計會直接影響焊接位置的狀態(tài)，焊接人員操作狀態(tài)，以及最終的焊接產(chǎn)品的質(zhì)量，所以良好的設(shè)計，應(yīng)需要通盤考量和綜合思考，最終確保優(yōu)良的焊縫。圖8占焊接質(zhì)量問題比例分析結(jié)束語圖9焊接自動化設(shè)備隨著自動化技術(shù)的不斷發(fā)展，自動化焊接設(shè)備（圖9）已經(jīng)廣泛應(yīng)用，而依靠機械的穩(wěn)定輸出和參數(shù)的穩(wěn)定化