王榮源 王 睿 葛向陽 辛華團(tuán)

（中車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司，山東 青島266111）

1 概述

城軌地鐵客車PVC 地板布多幅拼裝，中間留有縫隙需焊接密封[1,2]。焊接過程中，對(duì)自動(dòng)焊接機(jī)的溫度穩(wěn)定性要求精細(xì)，目前未驗(yàn)證自動(dòng)焊接機(jī)的合理預(yù)熱時(shí)間，未驗(yàn)證不同批次自動(dòng)焊接機(jī)的溫度控制精度的一致性，導(dǎo)致焊接質(zhì)量存在偶然性。焊接方法采用熱風(fēng)焊[3]，熱風(fēng)口溫度是影響焊接質(zhì)量的重要因素，溫度影響焊接過程聚合物高分子熔融的程度、官能團(tuán)反應(yīng)速度、分子鏈相互纏繞的均勻性[4]，溫度過低，可能導(dǎo)致界面交融不完全，焊縫開裂[5,6]；溫度過高，可能導(dǎo)致邊緣燙焦；溫度起伏是產(chǎn)生應(yīng)力集中的重要原因。因此，驗(yàn)證自動(dòng)焊接機(jī)預(yù)熱后的溫度控制精度，維持自動(dòng)焊接機(jī)運(yùn)行過程中溫度的穩(wěn)定性具有重要意義。本文通過驗(yàn)證自動(dòng)焊接機(jī)隨時(shí)間變化的溫度曲線，并進(jìn)行整車長(zhǎng)距離模擬試驗(yàn)，明確了自動(dòng)焊接機(jī)溫度檔位和產(chǎn)品批次的穩(wěn)定溫度、溫度精度的差異性，為保持穩(wěn)定的焊接溫度和焊接質(zhì)量提供重要數(shù)據(jù)支撐。

2 實(shí)驗(yàn)方法

通過手持式測(cè)溫槍測(cè)試自動(dòng)焊接機(jī)的熱風(fēng)口溫度測(cè)試，采用對(duì)比試驗(yàn)，分別對(duì)比不同批次（批次A、批次B）的自動(dòng)焊接機(jī)的溫度曲線、對(duì)比不同檔位下（2 級(jí)/4 檔、3 級(jí)/4 檔、2 級(jí)/5檔、3 級(jí)/5 檔、2 級(jí)/5.5 檔、3 級(jí)/5.5 檔）的溫度變化曲線、對(duì)比隨時(shí)間變化（1～10min）的溫度曲線，以此判斷自動(dòng)焊接機(jī)運(yùn)行過程中的實(shí)際溫度變化，并記錄現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中溫度和濕度。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 不同檔位隨時(shí)間變化的溫度曲線

選取風(fēng)量檔位（2、3 級(jí)）和溫度檔位（4、5、5.5）排列組合，研究自動(dòng)焊接機(jī)預(yù)熱不同時(shí)間的溫度變化。由圖1 可知，隨著溫度檔位升高，其預(yù)熱初始溫度和預(yù)熱后穩(wěn)定溫度均逐步升高，當(dāng)預(yù)熱時(shí)間超過3 分鐘后，各檔位溫度基本達(dá)到穩(wěn)定溫度，呈穩(wěn)態(tài)直線狀，因此選取4-10 分鐘的實(shí)際溫度的平均值作為穩(wěn)定溫度，且當(dāng)風(fēng)量為2 級(jí)或3 級(jí)時(shí)，其預(yù)熱溫度差異并不明顯，熱風(fēng)口溫度隨時(shí)間變化曲線基本相同。比較其預(yù)熱后的穩(wěn)定溫度及標(biāo)準(zhǔn)差判斷其穩(wěn)定性，如圖2 所示，圖中誤差棒為溫度的標(biāo)準(zhǔn)差，當(dāng)溫度檔位越高，標(biāo)準(zhǔn)差越大，溫度穩(wěn)定性越低，自動(dòng)焊接機(jī)的溫度控制精度有待進(jìn)一步提高。

圖1 不同檔位隨時(shí)間變化的溫度曲線圖

圖2 不同檔位穩(wěn)定溫度及標(biāo)準(zhǔn)差圖

3.2 不同批次溫度對(duì)比

實(shí)際應(yīng)用過程中，發(fā)現(xiàn)不同批次的自動(dòng)焊接機(jī)溫度控制精度存在差異性，由于PVC 地板布焊接質(zhì)量對(duì)工藝參數(shù)的控制較為嚴(yán)格，溫度精度的差異性將會(huì)對(duì)焊接質(zhì)量產(chǎn)生較大偶發(fā)性，因此研究了不同批次的自動(dòng)焊接機(jī)熱風(fēng)口溫度隨時(shí)間變化的曲線。

如表1 所示，與批次A 不同的是，批次B 的風(fēng)量等級(jí)對(duì)熱風(fēng)口溫度產(chǎn)生了影響，相同檔位下，風(fēng)量越高，其初始溫度越高，但穩(wěn)定溫度差異性較小。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溫度檔位為4 檔時(shí)，批次A 的初始溫度和穩(wěn)定溫度均高于批次B，且批次A 標(biāo)準(zhǔn)差更小，表明批次A 的4 檔位溫度更高且精度控制更為穩(wěn)定。但隨著溫度檔位升高，尤其當(dāng)溫度檔位為5.5 時(shí)，批次B 的溫度標(biāo)準(zhǔn)差更小，見圖3，表明批次B 對(duì)高溫度檔位的溫度控制更為精確，這種差異性的發(fā)現(xiàn)有利于在實(shí)際使用過程中選擇合適的工藝檔位。

表1 不同批次的預(yù)熱溫度及標(biāo)準(zhǔn)差對(duì)比表

圖3 不同批次的預(yù)熱溫度及標(biāo)準(zhǔn)差對(duì)比圖

3.3 某一溫度現(xiàn)車穩(wěn)定性測(cè)試

選取風(fēng)量3 檔、溫度4 檔的組合進(jìn)行整車長(zhǎng)距離焊接模擬試驗(yàn)，環(huán)境溫濕度符合試驗(yàn)要求。預(yù)熱3 分鐘后，每隔20s 測(cè)量一次溫度，連續(xù)測(cè)量3 次，若數(shù)據(jù)上下浮動(dòng)不超過5℃視為達(dá)到穩(wěn)定溫度，即可開始長(zhǎng)距離試驗(yàn)，期間每運(yùn)行50cm，檢測(cè)一次焊接機(jī)熱風(fēng)口溫度，運(yùn)行，運(yùn)行整車長(zhǎng)度距離，取得20 項(xiàng)數(shù)據(jù)，繪制雷達(dá)圖判斷溫度穩(wěn)定性。

如圖4 所示，在整車長(zhǎng)距離試驗(yàn)中，預(yù)熱后起始的穩(wěn)定溫度為217℃，實(shí)際運(yùn)行溫度基本處于217±5℃區(qū)間，符合工藝要求。穩(wěn)定的運(yùn)行溫度有利于焊條及母材表面分子在熔融過程中保持較穩(wěn)定的擴(kuò)散速度，形成均勻的分子結(jié)構(gòu)，降低分子曲線或者由于溫差造成的析出物夾雜[7]，有利于內(nèi)部空間的致密性，增強(qiáng)熔合面的內(nèi)聚力，提高抗拉強(qiáng)度。

圖4 整車長(zhǎng)距離模擬試驗(yàn)溫度變化曲線

4 結(jié)論

4.1 當(dāng)預(yù)熱時(shí)間超過3 分鐘后，各檔位溫度基本達(dá)到穩(wěn)定溫度，呈穩(wěn)態(tài)直線狀，因此施工過程中可規(guī)定預(yù)熱3 分鐘后，每隔20s 測(cè)量一次溫度，連續(xù)測(cè)量3 次，若數(shù)據(jù)上下浮動(dòng)不超過5℃視為達(dá)到穩(wěn)定溫度。

4.2 對(duì)比發(fā)現(xiàn)，批次A 的低溫度檔位的溫度控制更為穩(wěn)定，批次B 對(duì)高溫度檔位的溫度控制更為精確，有利于在實(shí)際使用過程中選擇合適的工藝檔位，同時(shí)需要對(duì)自動(dòng)焊接機(jī)的溫控精度的統(tǒng)一性提出更高要求。

4.3 自動(dòng)焊接機(jī)在長(zhǎng)距離溫度試驗(yàn)中可保持較穩(wěn)定的溫度區(qū)間，只需多次測(cè)溫，無需認(rèn)為調(diào)整溫度，可大幅降低焊接質(zhì)量的偶然性，利于消除溫差造成的應(yīng)力集中，增強(qiáng)熔合面的內(nèi)聚力，提高焊縫抗拉強(qiáng)度的穩(wěn)定性。