王大臣 劉曉琴 逯連文 王亭

摘要：以不銹鋼軌道車輛電阻點(diǎn)焊熔核檢測為例，分析了軌道車輛制造行業(yè)電阻點(diǎn)焊常用的JIS E 4048、EN15085、以及某項(xiàng)目指定使用的美國航空航天用電阻焊接規(guī)范AWS D17.2/D17.2M：2013對(duì)電阻點(diǎn)焊熔核尺寸的相關(guān)要求，并通過實(shí)例對(duì)比分析焊接缺陷及熔核厚度。結(jié)果表明，美國AWS標(biāo)準(zhǔn)明顯較其他標(biāo)準(zhǔn)要求更加嚴(yán)格。

關(guān)鍵詞：軌道車輛;電阻點(diǎn)焊;熔核檢測;點(diǎn)焊標(biāo)準(zhǔn)

0 前言

伴隨著國內(nèi)軌道車輛的國際化進(jìn)程，不銹鋼軌道車輛成功進(jìn)入香港、巴西、美國等國際市場，且不銹鋼車輛占出口城市軌道車輛的70%以上，雖然傳統(tǒng)不銹鋼軌道車輛的部分點(diǎn)焊結(jié)構(gòu)被激光焊替代，但是現(xiàn)階段電阻點(diǎn)焊仍是不銹鋼軌道車輛制造最主要的焊接工藝。由于電阻點(diǎn)焊的熔核在密閉空間內(nèi)形成，焊接質(zhì)量無法通過常規(guī)焊接檢測方法實(shí)現(xiàn)，因此一般通過點(diǎn)焊工藝參數(shù)驗(yàn)證和開工前的設(shè)備狀態(tài)驗(yàn)證來間接進(jìn)行電阻點(diǎn)焊的質(zhì)量控制[1-3]。

目前國內(nèi)軌道車輛的電阻點(diǎn)焊質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)主要來源于兩個(gè)方面，一是開發(fā)出整體承重輕量化不銹鋼車體的日本，國內(nèi)20世紀(jì)90年代從日本引進(jìn)不銹鋼車輛的同時(shí)采用了電阻點(diǎn)焊質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，以JIS E 4048為主要代表;二是提出并倡導(dǎo)成為國際通用的軌道車輛和車輛部件的焊接認(rèn)證體系的歐洲焊接質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)體系，即目前軌道交通行業(yè)的EN15085標(biāo)準(zhǔn)體系。EN15085質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)體系對(duì)焊接企業(yè)資質(zhì)、人員管理和質(zhì)量管理等方面的要求比較詳細(xì)。然而，在以客戶為主的市場下需以合同中要求的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，如美國某不銹鋼地鐵項(xiàng)目指定AWS D17.2/D17.2M：2013為電阻點(diǎn)焊標(biāo)準(zhǔn)，因此文中將以不銹鋼點(diǎn)焊執(zhí)行AWS標(biāo)準(zhǔn)過程中與EN15085和JIS4048的電阻點(diǎn)焊標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析比較。

1 標(biāo)準(zhǔn)體系介紹

日本鐵路車輛客車車體點(diǎn)焊焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)是2008年修訂的JIS E 4048-2008，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了點(diǎn)焊的焊點(diǎn)距離、焊點(diǎn)邊距等設(shè)計(jì)準(zhǔn)則以及拉伸強(qiáng)度和點(diǎn)焊熔核尺寸要求，而在JIS Z3139中僅給出了點(diǎn)焊熔核熔透率的定義和表面裂紋及內(nèi)部縮孔尺寸的建議，未給出明確的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[4-5]。

歐洲鐵路點(diǎn)焊標(biāo)準(zhǔn)體系主要來源于德國鐵路聯(lián)盟的DIN6700標(biāo)準(zhǔn)，并于2007年升級(jí)為歐盟統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)EN15085，是目前軌道客車行業(yè)應(yīng)用最微廣泛的標(biāo)準(zhǔn)，全球大部分軌道客車制造企業(yè)和地鐵公司采購車輛均以此標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)。EN15085-3對(duì)點(diǎn)焊拉伸強(qiáng)度、允許的焊接缺陷進(jìn)行了規(guī)定[6]。

美國沒有關(guān)于軌道車輛行業(yè)的點(diǎn)焊標(biāo)準(zhǔn)，某項(xiàng)目合同要求不銹鋼車輛制造過程中執(zhí)行AWS D17.2/D17.2M：2013標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)是美國航天應(yīng)用的電阻點(diǎn)焊執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，詳細(xì)規(guī)定了點(diǎn)焊拉伸強(qiáng)度、點(diǎn)焊熔核尺寸，以及缺陷允許的范圍及位置等詳細(xì)細(xì)節(jié)[7]。

為研究美國AWS D17.2/D17.2M標(biāo)準(zhǔn)與日本和歐洲鐵路車輛標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于斷面檢測方面的具體要求和差異，文中通過在標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行過程中的一些例子進(jìn)行詳細(xì)分析。

2 斷面檢測及標(biāo)準(zhǔn)分析

對(duì)于電阻點(diǎn)焊的斷面檢測，JIS E 4048、EN15085、AWS D17.2/D17.2M三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)體系的檢測內(nèi)容不盡相同，內(nèi)容上主要分為熔核尺寸檢測、熔核熔透率檢測、熔核缺陷檢測，為統(tǒng)一檢測標(biāo)準(zhǔn)，分別對(duì)三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)體系下的焊縫等級(jí)進(jìn)行對(duì)應(yīng)：JIS E4048的B級(jí)、EN15085的CP C2和AWS D17.2/D17.2M的B級(jí)。

熔核斷面檢測的點(diǎn)焊實(shí)驗(yàn)材料是2 mm+2 mm軌道車輛用SUS301L-DHT不銹鋼，焊接設(shè)備采用日本NASTOA逆變恒流控制點(diǎn)焊機(jī)，點(diǎn)焊電極采用R100鉻鋯銅弧面電極。點(diǎn)焊試件焊接完成后使用線切割沿焊點(diǎn)直徑切割后制備金相試件，并使用萊卡M125體視顯微鏡測量熔核尺寸。

2.1 熔核尺寸檢測

熔核尺寸是衡量點(diǎn)焊試件是否合格的最重要指標(biāo)，EN15085-3的表F.4、AWS D17.2/D17.2M標(biāo)準(zhǔn)中表格1給出各板厚組合的點(diǎn)焊熔核最小尺寸，JIS E 4048中要求點(diǎn)焊熔核直徑執(zhí)行，熔合尺寸對(duì)比如圖1所示。

熔核尺寸標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比如表1所示，可以看出，JIS E 4048標(biāo)準(zhǔn)對(duì)熔核尺寸的要求最為嚴(yán)格，EN15085和AWS D17.2/D17.2M標(biāo)準(zhǔn)對(duì)熔核尺寸的要求相同。

2.2 熔核熔透率檢測

點(diǎn)焊熔核熔透率是指熔核厚度占實(shí)驗(yàn)材料板厚的百分比。在相同點(diǎn)焊熔核尺寸下，當(dāng)熔核熔透率過小時(shí)點(diǎn)焊拉伸強(qiáng)度降低，當(dāng)點(diǎn)焊熔核熔透率過大時(shí)點(diǎn)焊拉伸強(qiáng)度也降低，同時(shí)點(diǎn)焊的疲勞強(qiáng)度降低，因此熔核熔透率也是點(diǎn)焊質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)[8]。

在日本軌道車輛標(biāo)準(zhǔn)JIS E 4048中對(duì)點(diǎn)焊熔核熔透率未做明確說明，但在其引用的JIS Z 4140中規(guī)定熔核最大熔透率應(yīng)大于20%;歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN15085-3的表F.2中規(guī)定CP C2級(jí)點(diǎn)焊熔核最大熔透率為30%～90%;美國AWS D17.2/D17.2M標(biāo)準(zhǔn)4.7條中規(guī)定B級(jí)點(diǎn)焊的熔核直徑80%范圍內(nèi)為20%～90%，但與日本和歐洲標(biāo)準(zhǔn)要求不同的是，AWS D17.2/D17.2M標(biāo)準(zhǔn)采用實(shí)驗(yàn)板材點(diǎn)焊后除去凹坑的板材厚度，熔核下層熔透率=D/（T2-t2），如圖2所示。

點(diǎn)焊熔核熔透率對(duì)比如圖3所示，對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比如表2所示?？梢钥闯?，JIS E 4048和EN15085標(biāo)準(zhǔn)在只要求最大熔透比的情況下極易得到合格的點(diǎn)焊熔核，而AWS D17.2/D17.2M標(biāo)準(zhǔn)有兩方面要求比較嚴(yán)格，一是在計(jì)算熔透率時(shí)需考慮點(diǎn)焊凹坑的尺寸，如試樣A中按照J(rèn)IS E 4048和EN15085標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算熔透率為1.243/1.5×100%=82.9%，熔核合格，按照AWS D17.2/D17.2M標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算時(shí)熔透率為1.243/（1.5-0.121）×100%=90.1%，熔核不合格;另外一個(gè)方面是JIS E 4048和EN15085標(biāo)準(zhǔn)只要求了熔核最大熔透率，而AWS D17.2/D17.2M標(biāo)準(zhǔn)要求了在80%熔核直徑范圍內(nèi)的最大和最小熔透率，如試樣B中下層熔核的熔透率最小為17.2%，最大為49.4%，按照J(rèn)IS E 4048和EN15085標(biāo)準(zhǔn)熔核合格，但按照AWS D17.2/D17.2M標(biāo)準(zhǔn)熔核不合格。由此可以看出，在熔透率方面AWS D17.2/D17.2M標(biāo)準(zhǔn)要求要比另外兩種標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格。

2.3 熔核缺陷檢測

電阻點(diǎn)焊過程中易出現(xiàn)未熔合、飛濺、縮孔及裂紋等缺陷，不銹鋼點(diǎn)焊試件的缺陷以縮孔和未熔合為主，在本文提到的三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)體系中都不允許未熔合缺陷存在，對(duì)于縮孔缺陷的要求則差別很大：JIS E 4048標(biāo)準(zhǔn)中未體現(xiàn)熔核缺陷的要求，在其引用標(biāo)準(zhǔn)JIS Z 3139中提出不超過熔核尺寸的20%的建議值;EN15085中提出縮孔和夾雜尺寸不能超過點(diǎn)焊熔核尺寸的50%;AWS D17.2/D17.2M標(biāo)準(zhǔn)中提出內(nèi)部缺陷不允許超過熔核直徑的15%，并且規(guī)定了熔核缺陷允許存在的區(qū)域，超出此區(qū)域的視為不合格，具體如圖4所示。

點(diǎn)焊熔核缺陷尺寸及位置對(duì)比如圖5所示，相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比如表3所示。由圖5、表3可知，從缺陷尺寸標(biāo)準(zhǔn)要求看AWS D17.2/D17.2M標(biāo)準(zhǔn)要求最高，EN15085標(biāo)準(zhǔn)要求最低;JIS E 4048和EN15085標(biāo)準(zhǔn)對(duì)缺陷位置沒有要求，AWS D17.2/D17.2M標(biāo)準(zhǔn)要求比較嚴(yán)格，如試樣C雖然缺陷尺寸較小但由于超出缺陷允許位置所以不合格，由于點(diǎn)焊缺陷多出現(xiàn)在熔核厚度的中心線上，板厚較大的點(diǎn)焊試件的缺陷多數(shù)在標(biāo)準(zhǔn)允許范圍外，為不合格試件。

3 結(jié)論

（1）JIS E 4048和EN15085標(biāo)準(zhǔn)同為軌道車輛點(diǎn)焊標(biāo)準(zhǔn)，在熔核尺寸方面JIS E 4048要求稍高，在熔透率方面EN15085標(biāo)準(zhǔn)要求稍高，熔核缺陷尺寸方面JIS E 4048標(biāo)準(zhǔn)更為嚴(yán)格。

（2）AWS D17.2/D17.2M作為航空點(diǎn)焊標(biāo)準(zhǔn)，方面要求均高于JIS E 4048和EN15085標(biāo)準(zhǔn)，尤其在點(diǎn)焊熔核缺陷尺寸及允許出現(xiàn)的位置方面要求最為嚴(yán)格，板厚較大的點(diǎn)焊試件只要出現(xiàn)缺陷基本為不合格試件。

參考文獻(xiàn)：

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