崔金瑞 趙宇豪

(北京中車長客二七軌道裝備有限公司 北京 102488)

0 引言

不銹鋼車體由于其耐腐性高,無須涂裝,可使車體輕量化, 檢修工作量小，使用壽命長，具有節(jié)省能源，降低維修費用和改善作業(yè)環(huán)境等優(yōu)點[1]。因此，不銹鋼軌道車輛已成為城市軌道交通的首選車輛。電阻點焊以其熱量集中，焊接變形小，操作簡單易于實現(xiàn)機械化，自動化生產(chǎn)效率高，無填充金屬，成本低，勞動環(huán)境潔凈環(huán)保等優(yōu)點在軌道車輛不銹鋼車體生產(chǎn)上得到了廣泛的應用[2]。不銹鋼車體制造過程中板材焊接主要方式為電阻點焊。

在不銹鋼車體側墻鋼結構中，側墻表面焊點的形狀和表面質量受到用戶的關注，所以在側墻生產(chǎn)中要注重焊點外觀成型的質量。但是在點焊過程中，因生產(chǎn)現(xiàn)場的種種原因，依舊會產(chǎn)生外觀不合格的焊點。對此，本文對多種城市軌道交通車輛的不銹鋼車體側墻鋼結構實際生產(chǎn)問題進行分析，整理了不銹鋼車體側墻鋼結構的焊點外觀質量缺陷的解決措施。

1 電阻點焊工藝原理

點焊工藝是將板材焊件裝配成搭接接頭，并壓緊在兩電極之間，再施加一定的電流，利用電阻熱熔化母材金屬，經(jīng)冷卻保壓后形成焊點的一種焊接方法[3]，如圖1所示。

圖1 點焊工藝示意圖2 有限元分析模型

焊點外觀形成過程如下：當電極壓緊板材焊件，萬向電極和下電極向板材焊接區(qū)均勻地施加壓力。對焊接區(qū)通電時，兩電極間的母材開始熔化。隨著通電時間的增加，熔核逐漸增大，塑形環(huán)也隨之增大。由于下電極與母材接觸面為弧面，萬向電極與母材接觸面為平面，所以在電極和高溫對母材的共同作用下，塑形環(huán)冷卻后形成環(huán)形凸起；因為下電極對母材的接觸面積小于萬向電極的接觸面積，所以下電極對母材下表面的單位壓強高于萬向電極對母材上表面單位壓強，致使母材產(chǎn)生向上的位移變形，圖2為點焊有限元分析模型。最終形成為環(huán)形凸起高度均勻、環(huán)內母材表面微微凸起、下表面凹下的焊點外形(見圖3、圖4)。

圖3 焊點截面圖圖4 焊點成型

2 焊點外觀標準

焊點的外觀質量主要指焊點的形狀要求和表面要求，焊點形狀要求為圓形；焊點表面要求壓痕淺，無明顯的凸肩和表面鼓起，平滑過渡，沒有附著的銅合金與異物，除黑后焊點表面沒有明顯的黑色和淡黃色。

3 焊點外觀缺陷的成因和解決措施

在車體制造過程中，作業(yè)環(huán)境中的諸多因素，導致焊點產(chǎn)生外觀缺陷。焊點缺陷大致分為以下幾種：橢圓形、月牙形、D字形、異形、焊點重影、焊點凹痕大、焊點外凸、表面有小凹坑或小凸起、表面有條狀劃痕、焊點過燒、焊點燒傷。

3.1 橢圓形焊點

外觀特征為焊點環(huán)形凸起呈橢圓狀，焊點環(huán)形凸起均勻。在相同焊接參數(shù)下，焊點顏色比其他正常焊點稍微深一些(見圖5)。

形成原因：主要因為下電極與母材接觸面不為圓弧面。當通電加熱時，焊接區(qū)的母材不是以圓形均勻受力，從而形成橢圓形焊點。

解決措施：對下電極進行修磨，使其達到規(guī)定的表面形狀。修磨后使用樣板檢測電極形狀并進行試驗片試焊，觀看試驗片形狀是否達標。如不達標，再次對電極進行修磨。

圖5 橢圓形焊點

3.2 月牙形焊點

外觀特征為焊點的環(huán)形凸起呈月牙狀。未除黑前的環(huán)形凸起顏色一邊深一邊淺(見圖6)。

圖6 月牙形焊點

形成原因：電極對焊接區(qū)母材的夾持壓力呈不均勻狀態(tài)。

解決措施：查看電極是否垂直焊接區(qū)母材，調整焊鉗傾斜角度；確保上下電極對中；修磨下電極表面弧形，并保證表面弧形關于電極的軸線對稱。

3.3 D形焊點

外觀特征為焊點環(huán)形凸起，由一段直線和一條圓弧組成，環(huán)形凸起像大寫英文字母D。直線邊的顏色略比圓弧邊深一些，如圖7所示。

圖7 D形焊點

形成原因：在點焊時電極一部分在母材外邊緣位置，搭接量太小。

解決措施：調整電極位置或搭接尺寸，使電極在規(guī)定的點焊位置(焊點中心距母材邊不小于10 mm)。

3.4 異形焊點

特征為焊點環(huán)形凸起形狀無規(guī)則，沒有固定的形狀，如圖8所示。

圖8 異形焊點

形成原因：形成原因比較復雜，多為多種焊點形狀缺陷結合體。主要原因有上電極表面經(jīng)過焊接磨損變成不確定曲面；焊接母材較厚且表面不平，通電加熱后上電極無法對焊接區(qū)焊點外形形成有效影響；點焊位置點焊前已有熔核。

解決措施：對上電極平面進行修磨，去除上電極的弧形表面；改善母材表面平度，修改焊接參數(shù)；使新焊點的點焊位置與原焊點的點焊位置中心相同或者避開原焊點的點焊位置。

3.5 焊點重影

特征為焊點的環(huán)形凸起均勻，環(huán)形凸起內有一個或多個月牙形凸起，好似多個焊點重影(見圖9)。

圖9 焊點重影

形成原因：多出現(xiàn)在側弧工序。由于銅臺點焊工作中，編程點長期在相同位置，造成銅臺局部凹陷且下一工件焊接時，點焊位置與凹陷位置沒有完全錯開。

解決措施：定期對銅臺進行打磨；編程時對工件坐標系進行偏移，避免長期在銅臺同一位置焊接。

3.6 焊點外露點凹痕過大

形成原因：(1)點焊產(chǎn)生飛濺，造成焊接區(qū)的熔核母材減少，冷卻后形成凹痕。造成焊接飛濺的因素有：導電密封膠過多，待焊接區(qū)母材間有污染物或者間隙大、電極位置超出母材邊緣、焊接參數(shù)不合理。(2)萬向電極表面經(jīng)過磨損或打磨變?yōu)榍蛎妗?/p>

解決措施：(1)減少施膠量，及時擦除板材臟污，提高料件裝配質量，改善電極位置，適當延長預壓時間和預熱時間，增加電極焊接壓力。(2)修磨萬向電極，保證萬向電極表面為平面。

3.7 焊點外凸

焊點外凸主要出現(xiàn)在分塊側墻側弧工序。

形成原因：(1)墻板或骨架的弧形與銅臺弧形不匹配，造成墻板與銅臺或墻板與骨架之間有間隙，在焊接過程中電極壓力使焊點及周圍母材壓向銅臺，造成焊點外凸。(2)設備編程點焊，長期在一個位置焊接導致銅臺局部凹陷。

解決措施：(1)對墻板和分塊側墻骨架的弧形進行調修，做到與銅臺弧形匹配，減小點焊母材到銅臺的間隙；排除中墻板搭接處與銅臺凹槽的干涉。(2)定期對銅臺進行打磨。

3.8 焊點表面有小凹坑或凸起

焊點表面凹凸坑的狀態(tài)如圖10所示。

圖10 焊點表面凹凸坑

形成原因：待焊接區(qū)有顆粒狀的鐵削、弧焊飛濺、等離子飛濺等異物，在焊接時沒有及時進行擦臟和清除，使異物粘連或磕傷電極，導致在焊接中電極表面產(chǎn)生凹坑或凸起。

解決措施：用砂紙對萬向電極表面進行修磨。去除電極上的粘連物和凹坑。打磨過程中施力要均勻，避免萬向電極表面修磨成弧形。并對焊接區(qū)進行擦臟，去除表面異物。電極修磨后對電極表面打磨遺留的銅粉進行擦除，以防止焊點表面出現(xiàn)粘銅現(xiàn)象。

3.9 焊點表面有條狀劃痕

焊點表面條狀劃痕如圖11所示。

圖11 表面條狀劃痕

形成原因：在修磨電極時，修磨砂紙目數(shù)選擇較大或者最后沒有用細砂紙打磨造成電極表面粗糙度過低；在焊鉗移動的過程中，料件造成萬向電極表面劃傷。

解決措施：用粗砂紙或者銼刀修磨電極后，選擇細砂紙對電極進行再次修磨。提高電極表面粗糙度，去除電極表面條狀劃痕。

3.10 焊點過燒

形成原因：過燒現(xiàn)象主要是由于焊接時間太長、焊后冷卻時間過短造成的。過高的溫度導致在焊鉗電極與外墻板接觸位置發(fā)生氧化反應，形成一層黑色或淡黃色的氧化皮[4]。

解決措施：(1)檢查點焊設備的冷卻水是否循環(huán)通暢，冷卻水出口溫度是否正常，焊鉗內部水管是否做切口處理；(2)對點焊設備焊接參數(shù)進行優(yōu)化，減小電流或縮短焊接時間；采用多次脈沖焊接，增加焊后冷卻時間。

3.11 焊點燒傷

圖12所示為焊點嚴重燒傷的狀態(tài)。

圖12 嚴重燒傷

形成原因：焊件或電極表面清理不凈，或電極表面經(jīng)過多次焊接，產(chǎn)生了氧化膜或粘連異物，使電極與工件接觸位置的電流密度高而集中，造成局部熔化的燒傷[4]。

解決措施：焊接工作前擦拭焊接區(qū)域，去除母材和電極表面油污鐵銹等污物；電極頭經(jīng)過焊接一定的焊點后進行打磨，去除電極表面氧化膜和異物。

4 結束語

通過對不銹鋼側墻鋼結構常見焊點外觀質量缺陷的分析整理，提供了與焊點外觀質量缺陷相對應的解決措施，可以在增強操作人員專業(yè)素質的同時，避免發(fā)生相似的外觀質量問題，降低了焊點外觀的缺陷率，提高不銹鋼車體側墻鋼結構商品化質量，對不銹鋼車體側墻鋼結構生產(chǎn)具有一定的參考價值。