康麗齊梁　辰魏　良彭長(zhǎng)偉邵有發(fā)王　香楊春茹

（1.中車長(zhǎng)春軌道客車股份有限公司工程技術(shù)部，130062，長(zhǎng)春；2.長(zhǎng)春中車車輛有限公司，130062，長(zhǎng)春∥第一作者教授級(jí)高級(jí)工程師）

隨著軌道交通行業(yè)的不斷發(fā)展，業(yè)主對(duì)軌道交通車輛的新穎性等需求也在不斷提高，車輛壽命及環(huán)保要求等問題越來越引起業(yè)主的關(guān)注，因此，采用高強(qiáng)奧氏體不銹鋼材料作為車體材料已成為業(yè)主的首選。

中車長(zhǎng)春軌道客車股份公司目前生產(chǎn)多種不銹鋼軌道交通車輛，所用材料為SUS301L系列高強(qiáng)奧氏體不銹鋼，且車輛外表面不進(jìn)行油漆涂裝。車體焊接設(shè)備是從國(guó)外引進(jìn)的，焊接工藝為電阻點(diǎn)焊。電阻點(diǎn)焊具有生產(chǎn)效率高、自動(dòng)化程度高、生產(chǎn)過程無(wú)煙塵等優(yōu)點(diǎn)，焊接外觀成型美觀，特別適用于表面不涂裝的不銹鋼車輛生產(chǎn)。對(duì)于SUS301L不銹鋼車體，在電阻點(diǎn)焊前需要進(jìn)行焊接試驗(yàn)，以確定合理的焊接參數(shù)。

1　試驗(yàn)方法

1.1　試驗(yàn)材料及要求

試驗(yàn)材料選用北京地鐵5號(hào)線不銹鋼車輛項(xiàng)目中側(cè)墻合成工序的側(cè)墻下墻板與側(cè)墻補(bǔ)強(qiáng)板，側(cè)墻下墻板材料為1.5 mm厚SUS301L-DLT（簡(jiǎn)稱1.5 DLT）［1］，補(bǔ)強(qiáng)板材料為1.0 mm 厚SUS301L-ST（簡(jiǎn)稱1.0 ST）［1］，接頭形式為以上兩種材料的搭接點(diǎn)焊。

要求接頭最小拉伸剪切力為6.74 kN［2］，焊核直徑D大于4.2 mm［2］，凹坑深度在1.0 ST材料面不超過0.1 mm［2］，在1.5 DLT材料面不超過0.15 mm。在滿足焊點(diǎn)拉剪力的條件下，外側(cè)板表面凹痕深度越小，外觀整體效果越好。

SUS301L不銹鋼板在軋制過程中，通過控制壓延率，可以獲得5種強(qiáng)度等級(jí)的材料，強(qiáng)度等級(jí)分別為 HT、MT、DLT、ST、LT。SUS301L 系列不銹鋼的化學(xué)成分及ST、DLT級(jí)不銹鋼機(jī)械性能分別見表1和表 2［4-5］。

1.2　試驗(yàn)及檢測(cè)設(shè)備

試驗(yàn)設(shè)備選用從國(guó)外引進(jìn)的上下直桿型電極點(diǎn)焊設(shè)備。焊接設(shè)備采用單面單點(diǎn)通電方式時(shí)，兩個(gè)電極分別為正極和負(fù)極，最大容量為150 kVA，電極對(duì)工件的最大加壓力為1.2 t，采用氣動(dòng)加壓方式（該設(shè)備自帶空壓機(jī)）。點(diǎn)焊電極頭形式為半徑R=100 mm的球面，電極直徑φ=16 mm。

檢測(cè)設(shè)備和工具主要有拉剪試驗(yàn)機(jī)（最大拉剪力3 t）、帶三角支架的百分表及游標(biāo)卡尺等。

表1　SUS301L不銹鋼化學(xué)成分

表2　SUS301L-DLT不銹鋼機(jī)械性能

1.3　試驗(yàn)步驟

在點(diǎn)焊試驗(yàn)前，將試驗(yàn)材料雙側(cè)表面擦拭干凈，特別是銹、油等影響導(dǎo)電的外部介質(zhì)，需采用酒精進(jìn)行擦拭。對(duì)點(diǎn)焊試樣需要分別進(jìn)行凹坑檢測(cè)試驗(yàn)、鑿鏟試驗(yàn)、拉剪試驗(yàn)和金相試驗(yàn)。

鑿鏟試驗(yàn)的試件搭接焊方式如圖1所示，其中F2是鑿鏟施加外力。按照?qǐng)D2方式焊接試件，然后進(jìn)行拉伸試驗(yàn)和宏觀金相試驗(yàn)。圖2中100 mm標(biāo)注是拉伸機(jī)上下夾頭夾持工件的尺寸。兩個(gè)試件焊接時(shí)的搭接量為40 mm，F(xiàn)1是拉伸加載外力。

用圖1的點(diǎn)焊方式焊接5組試件，進(jìn)行鑿鏟試驗(yàn)。試件編號(hào)分別是1-1至1-5。用圖2的點(diǎn)焊方式焊接10組試件，其中5組進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，試件編號(hào)分別是1-6至1-10；另外5組進(jìn)行宏觀金相試驗(yàn)，試件編號(hào)分別是1-11至1-15。這15組試驗(yàn)在進(jìn)行破壞性試驗(yàn)前先進(jìn)行100%的外觀檢測(cè)和表面凹坑試驗(yàn)。試驗(yàn)采用統(tǒng)一的點(diǎn)焊參數(shù)（見表3）。

1.4　試驗(yàn)內(nèi)容

1.4.1外觀和凹坑深度檢測(cè)

圖1　點(diǎn)焊鑿鏟試驗(yàn)方式

圖2　試件點(diǎn)焊方式

對(duì)所有點(diǎn)焊完成的式樣進(jìn)行外觀檢測(cè)，通過肉眼檢查焊點(diǎn)是否存在表面裂紋。用凹痕測(cè)量機(jī)對(duì)焊點(diǎn)中心位置處的凹痕深度進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量結(jié)果表明，試樣兩面的凹坑深度均在0.055～0.090 mm范圍內(nèi)。在外觀檢測(cè)和凹坑深度檢測(cè)均符合要求的條件下，進(jìn)行拉伸、金相、鑿除等破壞性試驗(yàn)。

1.4.2鑿開試驗(yàn)

按照?qǐng)D1的點(diǎn)焊方式，將試件1和試件2的板邊一端對(duì)齊后，在試件中心位置進(jìn)行點(diǎn)焊。對(duì)齊端夾緊在臺(tái)式虎鉗上，夾緊位置是板邊。將鑿鏟放置在試件1和試件2之間，用外力按照?qǐng)D1中F2的方向?qū)﹁忕P施加外力。將2個(gè)試件鑿開后，用游標(biāo)卡尺測(cè)量焊核直徑，測(cè)量結(jié)果見表4。試驗(yàn)結(jié)果表明，試件兩表面的凹坑深度尺寸符合要求。

表4　點(diǎn)焊鑿鏟試驗(yàn)焊核直徑

1.4.3拉伸試驗(yàn)

拉伸試驗(yàn)要求在室溫下進(jìn)行。將試件在拉剪試驗(yàn)機(jī)上夾緊，試驗(yàn)時(shí)拉力要?jiǎng)蛩倬徛黾?，直到點(diǎn)焊試件拉斷為止，得出最大的拉伸剪切力（見表5）。拉伸加力方式如圖2中F1所示。

1.4.4斷面試驗(yàn)

表5　點(diǎn)焊試件拉伸剪切力

斷面測(cè)試在與試件焊點(diǎn)位置垂直的斷面上進(jìn)行。首先采用機(jī)械加工方法，在焊點(diǎn)中心位置對(duì)斷面進(jìn)行研磨與腐蝕，然后用金相顯微鏡檢測(cè)焊核的直徑，以及裂紋、縮孔等內(nèi)部缺陷情況［3］。焊核直徑，見表6，其中編號(hào)1-11和1-12試件的金相圖如圖3所示。

表6　點(diǎn)焊金相試驗(yàn)焊核直徑

圖3　點(diǎn)焊試件宏觀金相圖

2　試驗(yàn)結(jié)果與討論

在拉伸剪切試驗(yàn)中，表5中的的焊核直徑尺寸符合標(biāo)準(zhǔn)要求。在宏觀金相試驗(yàn)中，表6中的焊核直徑尺寸符合標(biāo)準(zhǔn)要求。圖3中的金相圖顯示，試件熔合良好，熔核符合要求，沒有縮孔等缺陷，母材的熱影響區(qū)狀態(tài)良好。

SUS301L不銹鋼具有較低的熱導(dǎo)率（是碳鋼的1/3），因此，一般的熔化極氣體保護(hù)電弧焊（MIG）和熔化極活性氣體保護(hù)電弧焊（MAG）會(huì)導(dǎo)致較大的焊接變形，特別是對(duì)表面不涂裝的不銹鋼車輛，這種變形是業(yè)主不可接受的;采用點(diǎn)焊，則可以解決低熱導(dǎo)率材料焊接變形的問題。對(duì)奧氏體不銹鋼薄板的點(diǎn)焊，采用中等偏硬的焊接規(guī)范，可以滿足焊接性能要求。

3　結(jié)論

通過對(duì)點(diǎn)焊試件的系列破壞性試驗(yàn)，驗(yàn)證了所設(shè)焊接參數(shù)的正確性，并得到以下結(jié)論：

（1）對(duì)于采用表面不涂裝SUS301L系列不銹鋼材料的車體，電阻點(diǎn)焊是適合的焊接工藝。

（2）在點(diǎn)焊焊接前，需要通過一系列的破壞性試驗(yàn)，如凹坑檢測(cè)、鑿開試驗(yàn)、拉伸試驗(yàn)、宏觀金相試驗(yàn)等，驗(yàn)證焊接參數(shù)的正確性，然后再開始電阻點(diǎn)焊施工作業(yè)。

（3）對(duì)于SUS301L系列不銹鋼薄板的點(diǎn)焊作業(yè)，應(yīng)采用中等偏硬的焊接規(guī)范，以保證接頭外觀、焊核尺寸及力學(xué)性能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

［1］日本標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì).鐵道車輛用不銹鋼板焊接接頭設(shè)計(jì)方法：JIS E 4049—1990［S］.東京：日本標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)，1991.

［2］日本標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì).點(diǎn)焊作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（日本企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)）：YC-IH—2002［S］.東京：日本標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)，2002.

［3］日本標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì).點(diǎn)焊接頭斷面試驗(yàn)方法：JIS Z 3139—1978［S］.東京：日本標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)，1978.

［4］康麗齊，于菲.電阻點(diǎn)焊電極頭形式對(duì)高強(qiáng)不銹鋼焊點(diǎn)強(qiáng)度影響的試驗(yàn)研究［J］.工程機(jī)械，2014（2）：56.

［5］日本標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì).不銹鋼車輛用冷軋不銹鋼板技術(shù)條件（日本企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)）：YC-IH—2001［S］.東京：日本標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)，2001.

［6］日本標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì).電阻點(diǎn)焊及凸焊焊接接頭剪切試驗(yàn)的試驗(yàn)片尺寸及試驗(yàn)方法：JIS Z 3136—1999［S］.東京：日本標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)，1999.

［7］康麗齊.電阻點(diǎn)焊工藝在高強(qiáng)奧氏體不銹鋼車輛的應(yīng)用研究［J］.黑龍江科技信息，2015（11）：7.

［8］葉結(jié)和,李振江.軌道車輛不銹鋼電阻點(diǎn)焊工藝試驗(yàn)［J］.電焊機(jī)，2015，45（1）：137.